110kV变压器绝缘电阻测量多点接地模型及绝缘特性改变对绝缘电阻影响

廖浩泉 吴智影 饶红疆 何益宏

摘要：针对现场变压器铁芯、外壳接地特点提出变压器多点接地模型，与扩展Debye模型对比验证了所提模型可用于变压器绝缘电阻仿真测试与分析。基于Matlab可视化Simulink动态仿真环境，分析了各极化支路电参数变化对绝缘电阻的影响。结果表明，时间常数不变的情况下大时间常数支路对极化过程影响最大，反之则取决于极化支路电参数变化幅度。

关键词：多点接地模型;绝缘电阻;极化支路电参数;时间常数

中图分类号：TM411 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0005-04

1概述

变压器试验预防性试验是保证电力变压器安全运行的重要手段，受到了电力部门的高度重视。变电站的110kV变压器绝缘电阻测量是其中一项重要的预防性试验工作，能有效地检查出变压器绝缘整体受潮，部件表面受潮或脏污以及贯穿性的集中性缺陷等问题，如：绝缘子是否破裂、引线是否靠壳、器身内部有金属是否接地、绕组围裙是否严重老化、绝缘油是否严重受潮等缺陷核问题。

变压器绝缘电阻测量，需要对多种需测量绝缘电阻的状况做出分析，为绝缘电阻值的分析提供参考。当变压器绝缘试验的数据超过规程规定或出现异常时，则要全面的对历史数据进行对比分析并进行相关试验项目，寻找故障原因，或者通过建立的等效分析电路，利用仿真方法分析影响变压器绝缘状态的因素。文献[6]建立了用于变压器频域介电谱（FDS）仿真的改进有限元模型和集总参数电路模型，考虑了变压器绕组与壁间结构对FDS的影响。文献[7]利用扩展Debye模型分析弛豫支路参数变化与绝缘状态的关系。很少有文献研究对现场变压器建模及分析绝缘状态与绝缘电阻的变化规律。

本文根据变电站的变压器是外壳、铁芯等多点直地系统的特点，提出一种变压器多点接地的模型，借助星型和三角形等效电路原理，简化系统分析模型，研究了变压器内部绝缘介质特性改变时，对变压器绝缘电阻变化规律的影响，为变压器的绝缘性能评估提供重要参考依据。

2变压器绝缘电阻测量多点接地模型

在绝缘电阻测量中，将高压端A、B、C三相引出端短接的引线与中性引出线连接，是绝缘电阻测量的测量输入端。另一方面，变电站的变压器是外壳、铁芯等多点直地系统，因此构成如图1的变压器多点接地模型。图中O对应中性线引出端，w对应高压端A、B、C三相引出端。

根据电路星型和三角形等效电路原理，图1电路简化为如图2的三角形等效电路，这样可以在简化模型基础上进一步分析变压器的绝缘电阻，为变压器绝缘电阻研究提供依据。

3仿真分析

3.1模型验证

变压器绝缘电阻测量难题在于绝缘介质受高压有缓慢的极化过程很难得到稳定的绝缘电阻值。现有研究资料主要采用扩展Debye模型模拟油纸绝缘的极化特性。仿真数据源于文献[8]对一台45MVA变压器进行PDC测试，采用扩展Debye模型等效模拟计算参数如表1。

假设R_1x和R_2x相等R_1x和R_2x与6条极化支路、几何电容并联等效拟合变压器油纸绝缘材料的绝缘特性。为验证本文等效参数模型的有效性，保证其他条件相同的情况下与扩展Debye模型进行对比，供电直流高壓2500V，极化时间60s，极化电流曲线如图3所示。

变压器绝缘电阻测试可有效检察出变压器整体受潮、部件表面脏污或受潮以及贯穿性缺陷。展开绝缘电阻测试对变压器绝缘状态判断具有重要作用。图4对比多点接地模型与扩展Debye模型绝缘电阻变化过程，两者具有较为理想的拟合度，表明本文多点接地模型与扩展Debye模型有同等效用。

从图3、图4中可以看出本文所提多点接地模型与扩展Debye模型受同幅值直流电压产生的极化电流与绝缘电阻测试具有极高的相似度，可用于分析绝缘介质特性发生改变对绝缘电阻的影响。

变压器长时间、全天候、高温高压、满负载运行容易使变压器绝缘状况发生变化，所测绝缘电阻也有所不同。变压器绝缘电阻测试对绝缘受潮等状态具有较高的灵敏度，表明发生上述隋况绝缘电阻会有明显变化。通过等效电路参数调节分析绝缘电阻的具体变化情况。为便于绝缘状态分析将极化支路分为3种：小时间常数极化支路（T<1s）、大时间常数极化支路（T>100s）、中时间常数极化支路（Is

3.2T不变的极化支路仿真分析

3.2.1T<1s的极化支路影响

在一r恒定的前提下改变小时间常数支路的电阻电容，绝缘电阻变化情况如图5所示，为了便于分析极化全过程图5T-2s～10¹s）、中期（10¹s～10³s）、后期（10³s～10⁴s）。

从图5可知时间常数小于1s的极化支路主要影响绝缘电阻的初始阶段，到中后期小时间常数极化支路电容电荷集聚完成不再参与极化过程，因而支路中无电流流动，对绝缘电阻无影响。极化电阻电容变化时绝缘电阻初始值都较低，在变压器绝缘极化过程中固体绝缘极化过程前期非常不明显，出现这种表象可能是绝缘油绝缘特性发生改变。

3.2.2 1s

在T恒定的情况下调节中时间常数支路的电阻R4、R5和电容C4、C5，绝缘电阻变化情况如图6所示。

从图6可以看出中时间常数极化支路电参数变化影响绝缘电阻初始阶段和中期的开始阶段，由于干燥的绝缘纸极化缓慢，主要表现为绝缘电阻后期变化，图中曲线前中期变化说明变压器绝缘油极化完成并伴随有部分油纸绝缘介质界面极化现象。

3.2.3T>100s的极化支路影响

在T恒定的情况下改变大时间常数支路的电阻R，、R2、R3和电容C1、C2、C3，绝缘电阻变化情况如图7所示。