电力变压器典型局放模型放电脉冲的特性研究

核心提示：　　西安交通大学电气工程学院（西安710049）王国利郝艳捧贾志东李彦明西安变压器厂（西安710077）张建刚的宽带测量系统提取其放电脉冲波形。分析表明：变压器油中的放电不稳定，放电脉冲存在振荡分量；

　　西安交通大学电气工程学院（西安710049）王国利郝艳捧贾志东李彦明西安变压器厂（西安710077）张建刚的宽带测量系统提取其放电脉冲波形。分析表明：变压器油中的放电不稳定，放电脉冲存在振荡分量；不同放电波形的特性参数有差别，这些特征可用作放电类型识别的依据。Abstract 0前言电力变压器绝缘系统的局部放电持续时间很短，脉冲宽度为ns级，其对应的频域可>1GHz，而局部放电检测普遍采用的电流脉冲法响应频率通常<1MHz，即不能全面反映变压器局部放电的本质特征近年来，基于单个放电脉冲提取的超宽频带（UWB）测量技术取得了一定的进展该技术拓展了局部放电的检测频带，提高了检测系统识别局放信号和干扰信号的能力。

　　本文用研制的宽带测量系统，分析了几种典型变压器局放模型放电脉冲的本质特征以区分不同类型的放电并建立相应的变压器局部放电识别系统1电力变压器典型局放模型的构造运行中的电力变压器局部放电通常有如下类型：1）绕组中部油隔板绝缘中油隙放电；2）绕组端部油隙放电；3）接触绝缘导线和电工纸（引线绝缘、搭接绝缘）的油隙放电；4）引线搭接线等油纸绝缘中的局部放电；5）线圈间（纵绝缘）的油隙放电；6）匝间绝缘局部击穿；7）电工纸沿面滑闪放电。其放电部位大多在某些油隙、油棋空气隙、有悬浮电位的金属导体导体尖角和固体表面上本文设计了几种放电模型，所用绝缘纸板放入105C烘箱中烘6d，随后真空浸油5d以上；纸板周围各边角打磨光滑，无尖角或毛刺。

　　模拟空气中电晕放电的针一板模型见（a）针、板均为标准铜电极，间距为25mm1. 2内部放电绝缘纸板内部气隙放电模型见（b）模型介质为两层厚2.5mm的浸油绝缘纸板中夹一层带有一直径20. 0mm通孔的1. 0mm厚绝缘纸板，为避免变压器油进入气隙中影响测量结果，绝缘纸板之间用一层非常薄的环氧树脂胶粘合。

　　1.3表面放电纸板沿面放电模型见（c）高、低压电极均为厚0.2mm的铜片，铜片周围被打磨光滑且有导龟两电极用环氧树脂胶固定在厚2.5mm的绝缘纸板上，高低压电极之间的距离为15. 4油楔放电本上没有振荡，其上升沿~ 10ns，脉冲总持续时间100~ 120ns，下降沿呈阶梯状本文波形特性与带范围内，提取信号的R基本呈纯阻十性通过50射频同轴电缆输入到TDS680B数字示波器，示波器的输入阻抗选用50档，直流耦合方式，与信号的引出电缆相匹配3放电脉冲的测量结果及分析1系统的性能验证测量系统性能检验采用空气中标准电晕模型。

　　5kV电压下多为负极性电晕放电，偶尔也出现极少数波形与之相同的正极性放电；6.5kV电压以上多为正极性电晕放电，为8.0kV时测得的较稳定的放电波形在相同的外加电压下，正、负极性放电波形的重复性较好，且幅值基本相同。由（a）电晕放电的正脉冲（b）电晕放电的负脉冲0kV下空气中电晕放电的脉冲波形（b）可见，负极性的放电为振荡波形，最大峰值在第一波上，该波的下降沿约为4ns，脉冲总持续时间~120ns正极性电晕放电有2种波形，一种和负极性基本相同（此时的负极性放电波形和较低电压下的波形相同，仅幅值大）；另一种如（a），波形基3.2典型放电的特性分析比较几种放电模型及其波形参数可知：局部放电随机性很大，将不同的电压等级和放电幅值联系比较武断，因此测量着重放电波形的特征，对幅值特性没有过多的关注。

　　5kV电压下绝缘内部放电较少且幅值很小随电压的升高放电强，脉冲幅值也相应大，但其波形形状几乎不变，且放电很不稳定电压达到20.0kV时放电较多，由可见正负极性的放电均为基本相同的振荡波形最大峰值在第一波上波形中的毛刺是干扰成分，可通过小波消噪以剔除油中绝缘纸板沿面放电的强度很大，局部放电发生时在纸板与电极尖端接触的部位会留下树枝状的炭化痕迹在3. 5kV电压下测到放电，波形相对稳定，随电压的升高放电强，但波形几乎不变。6. 0kV时放电较多，波形见，正负极性放电均为基本相同的振荡波形；第12个波峰的峰值几乎相同；其放电波形很不光滑，每个波形均叠加了较大地、等幅值的振荡分量，这与其它放电有着明显地区另1J.（a）表面放电的正脉冲（b）表面放电的负脉冲60kV下绝缘表面放电的脉冲波形具有很大的随机性，放电相当不稳定，脉冲波形较难捕捉15.0kV下测得油楔放电波形见，可见正负极性放电均为基本相同的振荡波形，最大峰值出现在第一个波峰上油楔放电波形与内部放电有类似之处，但其波形参数明显不同于内部放电。放电发生后会迅速地消失这可能是油中的气泡在较高的电压下破裂使放电终止而造成的油楔放电波形中的干扰毛刺亦可通过小波消噪除去。

　　（a）油隙放电的正脉冲（b）油隙放电的负脉冲15.0kV下油隙放电的脉冲波形油中悬浮放电的强度很大，放电发生后在纸板与悬浮电极尖端接触的部位会留下炭化痕迹在5kV电压下出现正脉冲放电，6.0kV下出现负脉冲放电，放电很不稳定。放电随电压的升高而明显强，但波形参数基本不变化8.0kV时的放电波形见，正负极性放电亦均为基本相同的振荡波形，最大峰值出现在第一个波峰上，波形参数与棋它放电区别明显（a）悬浮放电的正脉冲（b）悬浮放电的负脉冲8.0kV下悬浮放电的脉冲波形为全面对照各种放电的波形特征，作者编制了专门的计算程序，对波形进行消噪处理后提取各波形的特征参数，结果见表1（考虑到正负脉冲的相似性，故只处理各放电的正脉冲）对应每种放电做了多个模型，每种模型做了多组实验表1各种放电波形的特征参数ns放电类型内部放电表面放电油楔放电悬浮放电其中，脉冲上升沿时间tr为从最大幅值的10%处开始到最大幅值9（%处结束的时间；脉冲下降沿时间td为从最大幅值的90%处开始到最大幅值10%处结束的时间5幅值脉冲持续时间t5*.为从上升沿上升到50%最大幅值处开始到下降沿下结束的脉冲波10%最大幅值脉冲持续时间tw的定义与此相同，只是将50%最大幅值换成10%最大幅值。包括振荡波在内的总持续时间ttota为从脉冲上升沿开始到基本没有振荡为止的时间。

　　由表可见，不同局放模型其放电脉冲波形的特征参数有较大的差异，综合上述参数，经大量的实验验证，提取每种放电所对应的波形特征参数作为识别样本即可进行简单的放电类型识另IJ. 4结论变压器油中发生的放电不稳定，其放电脉冲均存在振荡分量不同放电脉冲的波形上升（下降）沿时间、波形持续时间、振荡分量诸特性的差别为利用放电脉冲识别放电类型提供了可含能放电脉冲测量中的干扰分量对一些波形有影响，应先对波形进行特殊处理，然后再分析波形特性测量系统为将来指纹诊断和模式识别技术的应用提供了有价值的数据，可满足实测要求