变压器油击穿过程光谱及电压分析

高峰 吴国丽

摘要：变压器的可靠运行离不开变压器油的作用，变压器油绝缘性能在其中的重要性不容忽视。在对变压器油电气性能评价过程中，需要将指标确定为击穿电压，通过击穿电压可以对变压器油的水含量做出确定，还可以对悬浮物所引发的污染度予以判定。在进入有关设备之前，还可以对变压器油的干燥与过滤情形进行检测。由此可见，利用击穿电压指标，可以将变压器油的绝缘性能充分体现出来。

关键词：变压器油;击穿过程光谱;电压

一、光声光谱检测原理

将需要检测的气体放入密闭光声池之中，在该气体表面位置处，通过一束单色光源开展相关照射，确保其能够吸收所有光能，并促使光能朝着热能的方向做出改变，之后确保退激的实现。通过释放热能，可以促使气体周期性加热情况的产生，这样就会引发介质周期性压力波动。关于介质周期性压力波动方面，检测可以直接运用微音拾音器或压电陶瓷传声器来完成。在将其放大之后，就可以获得光声信号。气体不同，其所运用的红外光谱也就有所差别， 与该种特性紧密联系起来，关于照射方面，就可以利用单色光波长来实现，进而對波长长度中多样化的光声信号图谱予以确定，并将需要检测气体的分子浓度计算出来。

二、实验设计

在该系统中，其包含比较多的基础设备，比如：电极、暗室、脉冲电源、电荷耦合器件等。在此次实验中，利用暗示开展了玻璃容器的放置。在进行此次实验的过程中，需要对温度进行科学控制，可以确保其处于22～26℃的范围中。可以对逐步升压法予以选用，2kv属于电压单次上升值，关于击穿中肉眼所观测的峰值电压方面，需要认真开展的标注，注重对有关数据信息作出系统整理。在完成有关工作之后，针对等待检测的变压器油，可以在第一时间开展均匀的搅动，在将其充分搅匀之后，在平整位置处对其进行放置，时间为2min。在完成上述实验之后，还需要重复开展实验，其次数为5次，最后的实验结果就是5次击穿实验中所取得的平均值。

三、实验结果分析

（一）谱线分析

在此次的放电实验中，选取了针-针电极间隙45号变压器油。将碳、氢两种存在差异的元素添加至45号变压器油中。在进行本次实验的过程中，光谱线数属于可观测范围。 在400～700nm区域内的波长中，关于氢这一元素方面，其谱线为四条。

实验起始处为650nm的中心波长，最为显著的特征谱线，出现在656nm中心波长的附近位置处，通过重复实验，其所具备的一致性较为良好。在5mm间隙范围内，以及50.4KV负直流电压的情况下，关于所收集的光谱图方面，谱线峰值非常突出的就是656nm波长中。与氢线谱相比较，关于该区域的656.272nm的波长方面，其所具备的相似之处比较突出。相比较于其他波长所释放出来的光强，在656.424n m峰值中所释放的光强要多出许多。相比较于其他区域，该类跃迁处的氢量比较多，电离中一些粒子的反应比较突出。

（二）放电照片

通过此次实验系统，可以对变压器油对应的放电照予以获取。在不开展电压施加时，也可以对一张针-针电极照开展观测。曝光时间为5ms左右，增益则为150左右。

倘若间隙自始至终都保持在1 mm，假设该区域存有IC CD所获取的放电图像的情况下，那么，此处的击穿电压必定会大于或等于60kv，通过的实验仪器，不能够充分保证实验人员所采集放电图像的客观性与可靠性。该间隙过于短暂，很难对放电通道进行观测。针对击穿强度而言，与直流情况下的加压相比较，脉冲加压要低出许多。其主要原因就在于，在针-针电极中，其所建构的电场均匀性非常低，电子崩要想朝着附近空间发展，其难度系数非常高，具备较低的电极间隙，在未分叉的情形中，会击穿放电通道。

依据10mm正直流电压下的照片可以得出，在击穿开始之前的某个时间点中，部分气泡出现在液油面位置处。在击穿后的第1个照片中，气泡同样出现在下方针电极位置处，并且向上沿位置处持续开展运动。其主要原因在于，在未被击穿之前，实质上电子属于定向运动，电流不够大，变压器油的气化不够彻底，液面位置处通常会存在气泡。在进行击穿时，会将许多的热能释放出来，焦耳热可以全部汽化针变液压汽油，这样所产生的气泡就可以用肉眼观测到。

在1 mm正脉冲电压中，可以获取照片，包括：在开始击穿前，某个点位之处的图像，以及击穿之后的第1张照片。不管是击穿之前，还是在击穿之后，都未观测到气泡。其主要原因就在于，纳秒脉冲上升所花费的时间不长，很难促使气泡的生成。在该过程中已经击穿变压器油间隙，纳秒脉冲下的液体放电研究更加与液体的本质特征相适应。

（三）变压器油的击穿电压

在变压器油的击穿过程中，不单单可以对击穿光谱做出获取，在电压极性、间隙距离与曲率半径环境中，也会促使击穿电压的生成。面对半径针电极情况，在对电压进行施加之后，间隙虽然有所差别，但变压器油也会促使与之相对应击穿电压的生成。

倘若间隙距离为1 mm，那么所生成的正极性击穿电压为20.3kv，负极性击穿电压则为30.5kv。倘若间隙距离为5 mm，那么所生成的正极性击穿电压为39.3kv，负极性击穿电压则为51.1kv。倘若间隙距离为10 mm，那么所生成的正极性击穿电压为49.9kv，负极性击穿电压则为不低于60kv。

通过上述数据可以得出，倘若设置的间隙有所差别，任何情况下，之前的正极性击穿电压都会低于负极线击穿电压，可以产生非常显著的急性效应。如果直接连接正极性电压与真电极外，就会在一定程度上加大前方电场。在针电极中，就有可能导致流注的产生。一旦将负极性电压接入进来，就会降低正电荷运转速度，并加大针电极之前的电场，并在一定程度上损坏或削弱前方电场，放电流柱的推进会变得比较困难。

四、结论

要想对变压器的运行情况进行辨别，可以通过油色谱分析法，对有色波动情况进行系统的观察。在变压器运行中，应用范围最广的监测法就是由色谱分析法。在变压器进行油放电工作时，为了能够对不同离子的情况与温度规律等方面予以科学的研究与判定，针对当前的实验系统方面，需要认真开展的改进与优化，注重确保所采集的光谱信息，能够与光波段的特征相对应，这样可以为实验分析工作的高效开展，奠定良好的基础。

参考文献

[1] 刘学. 变压器油击穿过程光谱及电压分析[J]. 科技风， 2019（16）：192-192.

[2] 李佳欣， 张士江， 黄松涛，等. 变压器油击穿过程光谱及电压分析[J]. 黑龙江电力， 2018， 40（004）：332-336.

[3] 李博. 变压器油的击穿特性与流注放电过程的数值模拟[D]. 东北电力大学， 2017.

[4] 贾彦博. 光声光谱技术在变压器油中气体分析中的应用[C]// 中国水力发电工程学会. 中国水力发电工程学会， 2013.

[5] 熊印国. 相对变换KPCA的变压器油击穿电压预测建模[J]. 系统仿真学报， 2018， v.30（05）：41-48.

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