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超、特高壓變壓器絕緣電場強度接近設(shè)計極限，具有高電位差和高電場強度的特點，極易由于局部缺陷導(dǎo)致放電的發(fā)生，且與低電壓等級變壓器中的“普通型”局部放電相比，呈現(xiàn)出一些新的放電特征。在對超、特高壓變壓器進行出廠和交接試驗時，多次發(fā)生從檢測到局部放電到主絕緣擊穿或臨近擊穿僅需幾分鐘的“快速發(fā)展型”放電故障。與“普通型”放電故障相比，該類故障具有起始電場強度高、發(fā)展速度快、對絕緣紙板造成不可逆的樹枝狀損傷痕跡等特點，對設(shè)備安全運行造成較大威脅，且目前沒有很好的預(yù)警方法。

目前，國內(nèi)外采用局部放電特征參量表征放電發(fā)展嚴(yán)重程度的研究頗多。，但是均針對局部放電特征參量在較長時間（數(shù)小時～數(shù)天甚至更長）發(fā)展過程中的變化趨勢。而由于“快速發(fā)展型”放電故障產(chǎn)生和發(fā)展的速度較快，將呈現(xiàn)一些新特征，無法再采用之前的研究結(jié)果予以表征。

研究表明，對于超、特高壓變壓器中的油紙絕緣結(jié)構(gòu)，在短時過電壓的作用下，一旦形成局部放電，將會迅速發(fā)展為樹枝狀放電，最終引發(fā)絕緣紙板擊穿。由于“快速發(fā)展型”放電故障在短時間內(nèi)就會引發(fā)變壓器故障，其產(chǎn)氣速度遠大于氣體的溶解速度，且由于放電量大，對紙板的損傷極其嚴(yán)重，在進行局部放電監(jiān)測時，放電量可能會出現(xiàn)測量儀器的限幅值。因此，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段如油中溶解氣體、視在放電量等適用性較差。

因此，研究“快速發(fā)展型”放電故障的形成原因，探索“普通型”和“快速發(fā)展型”放電故障的界定方法，分析“快速發(fā)展型”放電故障對油紙絕緣損傷所表現(xiàn)出來的新特征，對實現(xiàn)該類放電故障的診斷和預(yù)警具有重要價值。

重慶大學(xué)、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞公司的科研人員研究油紙絕緣在極不均勻電場下的U-t特性曲線及電壽命模型，提出采用U-t特性曲線區(qū)分“普通型”和“快速發(fā)展型”放電故障。研究結(jié)果表明，在極不均勻電場下，油紙絕緣的電壽命U-t特性服從反冪函數(shù)模型，可采用不同電場區(qū)域反冪函數(shù)模型中電壓耐受指數(shù)n值作為兩種放電類型的區(qū)分依據(jù)。

圖1 局部放電監(jiān)測及碳痕發(fā)展觀測平臺

圖2 電極模型結(jié)構(gòu)和實物

科研人員指出，從油紙絕緣的損傷痕跡來看，“快速發(fā)展型”與“普通型”放電具有相似處和各自特點：兩種放電都會產(chǎn)生電暈和滑閃放電，且伴有白斑和氣體產(chǎn)生；不同點在于，“快速發(fā)展型”放電發(fā)展速度快，對紙板損傷嚴(yán)重，會產(chǎn)生明亮的放電通道和表面的樹枝狀碳痕，而“普通型”放電發(fā)展相對緩慢，且對紙板損傷較輕，只會在針尖處產(chǎn)生點狀碳痕。

圖3 普通型放電下紙板損傷痕跡發(fā)展過程

圖4 普通型放電下紙板擊穿后的正反面形

圖5 快速發(fā)展型放電下紙板損傷痕跡發(fā)展

圖6 快速發(fā)展型放電下紙板擊穿后的正反

樹枝狀碳痕是“快速發(fā)展型”放電故障的主要特征，其生長分為快速生長和緩慢生長兩個階段，并且符合絕緣材料中電樹枝的生長規(guī)律。研究成果可為區(qū)分“快速發(fā)展型”和“普通型”放電故障提供參考依據(jù)，為掌握“快速發(fā)展型”放電故障規(guī)律并進行有效預(yù)警和診斷奠定基礎(chǔ)。

本文編自2022年第4期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為““快速發(fā)展型”放電故障及其對油紙絕緣的損傷特性”，作者為魏意恒、楊麗君 等。