直流电压下油纸绝缘局部放电的超高频特性研究

摘 要：如今，随着科技的飞速发展，变压器运用于各个领域，四处可见各式各样的变压器。本文主要针对在直流电压下油纸绝緣中局部放电的高频特性，设计了油纸绝缘模型和局部放电检测实验，阐述了油纸绝缘介质的放电特性，根据其输出的脉冲电流信号分析出此实验的高频特性，更加了解绝缘材料的绝缘情况。

关键词：直流电压;油纸绝缘;局部放电

1  油纸绝缘及局部放电的概述

1.1  绝缘简介

将带电物体通过使用不导电的物质进行隔离或包裹起来，不与其他导电体产生电子的转移，良好的绝缘对线路和人身安全起到重要的作用，是日常生活和工作不可或缺的器件，我们成为绝缘。

1.2  局部放电简介

局部放电（partial discharge）是在外加电压下电气设备产生的场强使绝缘部分产生局部区域发生的放电，但是在放电区域内未形成放电通道的放电现象。

高压设备常规性损坏的主要原因有：每一次的局部放电都对高压设备的绝缘材料产生一定的损耗，轻微的局部放电对设备绝缘产生的影响较小，绝缘强度下降较慢，然而强烈的局部放电对设备绝缘产生的影响较大，绝缘强度下降很快。

2  实验概述

2.1  局部放电实验内容

直流下局部放电的实验原理图如图1所示，其中R为200MΩ的理想型电阻，C为30nF的理想电容，电阻R0与R1组成了一个1：10000的电阻分压器，在R0两端便可以测出直流电压的值，Rd是100Ω的无感电阻，Rz是数百kΩ阻值的水电阻，R50为50Ω的匹配电阻，P是电压抑制器，Cx是试品电容，Ck是85pF的耦合电容。超高频传感器则是为了提高局部放电检测的灵敏度和可靠性。

当输入220V交流电压后，电流经过直流高压发生器将交流转化为直流信号向后输入，电阻分压器进行了一部分电流的分流，经过水电阻后又分流，一部分进入耦合电容直接接地，另一部分经过试品电容进入屏蔽盒，屏蔽盒是为了屏蔽背景噪声，减少所带来的测试偏差，屏蔽盒输出的电流直接输入示波器CH1;超高频传感器直接接示波器的CH2，示波器的O、T直接接地，通过示波器记录下波形及其他参数。

2.2  油纸绝缘模型

油纸绝缘模型如图2所示，试验电极模型如图3所示，主要由三层1mm的相同材质绝缘纸板粘接而成，其结构为边长为125mm的正方形;绝缘纸板中间层的几何中心处有一半径为15mm的理想圆孔，高压电极位于圆孔的正上方，加入电流后高压电极击打油纸绝缘纸板，产生脉冲波形，同时产生噪声。

当直流电压达到一定值时，图2试品电容在直流电压下会产生局部放电信号，通过超高频传感器传到示波器进行显示，记录下显示的波形方便后期进行比较;逐渐升高电压，高压电极不停地击打油纸绝缘纸板，由于电压值得不同产生的脉冲电流波形信号也不同;当电压升高到某个值时，会出现明显的放电的声音，这是油纸绝缘纸板被频繁击穿的现象;油纸绝缘纸板在直流高压作用下在电极电蚀的作用下，发生了明显的变化，实验后可发现油纸绝缘纸板中心处出现凹陷。

3  实验结果分析

根据上述实验原理及步骤，经过反复试验验证可得如下类所示的直流局部脉冲图。

如图4所示，直流局部放电所发生的时间段为横坐标，双坐标分别为流经试品电容的电流信号im与发生局部放电时试品电容两端的电压信号um;如图5所示，无感电阻采集直流局部放电电流波形展开图中，横坐标任然为时间，纵坐标为放电脉冲电流;分析无感电阻采集的典型直流局部放电波形，以及其展开图可知随着时间的持续，脉冲波形逐渐衰弱趋于平滑，首脉冲持续的时间约为500ns。

经过多次反复的测试，得到图6的脉冲电流信号频谱特性，由图可知：无感电阻采集的脉冲电流信号的频谱特性主要集中在低频段1～25MHz范围内，随着信号频率的逐渐增大，信号强度逐渐衰弱直至消失甚至难以测量。

4  结束语

进入新世纪，变压器成为生活不可或缺的一部分，“电”也是我们几乎每时每刻都在使用的“工具”，绝缘材料是保障人身安全的一种重要器件，在这样的社会背景下，对绝缘材料的要求越来越精，根据不同的绝缘材料在直流电压中局部放电的高频特性，可运用于不同的器件中，达到成本低、效率高、节能环保的效果;好的绝缘材料不仅能带来便利，也能为工业发展、科学研究、航空航天等提供更好的技术支持。

参考文献：

[1]高升鹏：浅谈高压电气局部放电试验技术，邮电大学出版社，2014.2，P67-P90

[2]肖登明：电力设备在线监测与故障诊断，上海交通大学出版社，2013.7，P39-P44

[3]付作峰：局部信号的高频检波电路设计，西安电子科技大学出版社，2012.11，P11-P24

[4]孙西方、梁英：基于电磁波检测的局部放电在线监测技术探讨，太原大学出版社，2013.4，P103-P117

作者简介：

孙活，男，副教授，四川铁道职业学院，研究领域：信息与通信工程、电子技术.

（四川铁道职业学院）