变压器油纸绝缘沿面放电程度的诊断

根据特高频信号的相位分布统计谱图可将沿面放电 严 重 程 度 划 分 为 初 始 、发 展 及 危 险 ３ 个 等 级；油 中 溶 解 气 体 含
量反映沿面放电故障较特高频法慢；沿面放电产生的 Ｃ２Ｈ２ 在总烃中的比例较高，超 过 １０％；乙 炔 与 总 烃 的 体 积 参 数比值可以作为沿面放电严重程度的判断依据，当乙 炔 与 总 烃 的 体 积 参 数 比 值 快 速 增 长 时 ，沿 面 放 电 处 于 危 险 阶
ＷＡＮＧ Ｗｅｉ，ＸＵＥ Ｙａｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｙａｎｇ－ｃｈｕｎ，ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇ，ＸＵ Ｊｉａｎ－ｆｅｎｇ，ＬＩ Ｃｈｅｎｇ－ｒｏｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ， Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ）
高电压技术 第３７卷 第７期 ２０１１年７月３１日 Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．７，Ｊｕｌｙ ３１，２０１１
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变压器油纸绝缘沿面放电程度的诊断
王 伟，薛 阳，程养春，陈 明，徐建峰，李成榕 （华 北 电 力 大 学 高 压 与 电 磁 兼 容 北 京 市 重 点 实 验 室 ，北 京 １０２２０６）
０ 引 言
电力 变 压 器 是 电 网 中 的 枢 纽 设 备，其 运 行 的 可 靠性直接关系到电网的安全稳定运行百度文库实际故障的 统计分析表明［１－６］，绝缘故障是影响变压器正 常 运 行
基金 资 助 项 目： 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 （９７３ 计 划 ） （２００９ＣＢ７２４５０８）。
图 １ 电 极 结 构 Ｆｉｇ．１ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
１ 试 验 装 置 与 测 量 系 统
１．１ 沿 面 放 电 模 型 用于沿面放电研究的模型主要有 ３ 种：针－板 模
型、柱－板 模 型 以 及 球－板 模 型，分 别 用 于 强 切 线 电 场、强法线电场及切 线 与 法 线 电 场 共 同 作 用 下 沿 面 放电的模拟。实际 变 压 器 中 的 油 纸 交 界 面 处，大 部 分既有切线电场作 用 也 有 法 线 电 场 作 用，因 此 采 用 球 －板 模 型 作 为 试 验 研 究 对 象 。
沿面 放 电 发 生 时，会 在 纸 板 表 面 形 成 树 枝 状 放 电通道，并可能向 围 屏 发 展，引 起 围 屏 爬 电，如 任 其 发展，将会导致重瓦 斯 动 作 甚 至 变 压 器 箱 体 开 裂 等 恶 性 变 压 器 事 故 ，危 害 极 大 。
沿 面 放 电 研 究 中 ，其 严 重 程 度 的 确 定 十 分 重 要 。
图 ２ 试 验 油 箱 结 构 Ｆｉｇ．２ Ｔｅｓｔ ｔａｎｋ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ
于试验油箱侧壁。 油中溶解气体检测 采 用 中 分 ２０００ Ａ 色 谱 分 析
试验用油为克 拉 玛 依＃２５ 变 压 器 油，试 验 前 经 真空滤油机过滤，并 静 置 ２４ｈ 以 上，油 中 水 分 质 量 分 数 不 超 过 ３×１０－５。 纸 板 采 用 真 空 浸 油 ４８ｈ。 １．４ 测 量 系 统
特高 频 传 感 器 为 华 北 电 力 大 学 自 行 研 制，检 测 频带为０．５～１．５ ＧＨｚ，驻 波 比 小 于 ２，放 大 器 增 益 为４０ｄＢ，特高频传感器前 端 采 用 环 氧 树 脂 封 装，置
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高 电 压 技 术 Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
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现有研究 中 ［１３－１７］ 多根据沿面放电发展过程中脉冲电 流信号视在放电量的变化规律对其严重程度进行判 断，其研究成果 的 应 用 存 在 一 定 问 题。 主 要 原 因 在 于变电站现场的干扰频带与传统脉冲电流法的监测 频带重叠，对现场运 行 的 变 压 器 进 行 视 在 放 电 量 检 测困难极大。当前变压器监测方法中以油中溶解气 体分析 （ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｇａｓｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ，ＤＧＡ）法 和 特 高 频 （ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＵＨＦ）法 应 用 最 为 广 泛［１８－１９］。ＤＧＡ 法主要 根 据 特 征 气 体 阈 值 和 三 比 值 编码对故障进行定性的判 断［２０］，特 高 频 法 则 可 以 判 断放电有无、放电 的 类 型 ，但 ［２１－２２］ 现 有 的 ＤＧＡ 法 和 特高频法研究中缺乏对放电严重程度特别是沿面放 电严重程度的研 究。 因 此，本 文 研 究 沿 面 放 电 发 展 过程中油 中 溶 解 气 体 成 分 和 特 高 频 信 号 的 变 化 规 律 ，据 此 诊 断 沿 面 放 电 的 严 重 程 度 ，具 有 重 要 的 理 论 及实际应用价值。
Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒａｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ （９７３Ｐｒｏｇｒａｍ）（２００９ＣＢ７２４５０８）．
的主要原因。 １１０ｋＶ 及以上 大 型 电 力 变 压 器 普 遍 采 用 油 纸
绝缘结构，油纸绝缘 的 交 界 面 是 变 压 器 绝 缘 的 薄 弱 之处 。 ［７－１１］ 变压器故障中有 相 当 一 部 分 是 由 油 与 固 体绝缘交界面处的沿面放电所致 。 ［１２］
摘 要：为研究基于特高频信号及油中溶解气体分析的变压器油纸绝缘沿面放 电 程 度 诊 断 方 法 ，在 实 验 室 建 立 了
沿面放电模拟试验装置与测量系统，采用阶梯升压法 模 拟 了 沿 面 放 电 从 起 始 放 电 到 击 穿 的 过 程 ，测 量 了 其 发 展 过
程中的特高频信号及油中溶解气体含量，提出了变 压 器 油 纸 绝 缘 沿 面 放 电 严 重 程 度 的 诊 断 方 法 。 研 究 结 果 表 明：
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｉｌ－ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｕｒ－ ｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｉｌ－ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ （ＵＨＦ）ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｇａｓｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ（ＤＧＡ）ｉｎ ｏｉｌ，ａ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｕｐ ｉｎ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ｓｕｒ－ ｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｅｌ，ｔｅｓｔ ｔａｎｋ，ＵＨＦ ｓｅｎｓｏｒ，Ｚｈｏｎｇｆｅｎ ２０００Ａｇａｓ－ｐｈａｓｅ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ａｎｄ ＤＳＴ－４ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｇｒｏｗｔｈ ｆｒｏｍ ｉｎｃｅｐｔｉｏｎ ｔｏ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｅｓｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｔｅｐ－ｂｙ－ｓｔｅｐ，ａｎｄ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｇａｓｅｓ ｉｎ ｏｉｌ ｗｅｒｅ ｍｅａｓ－ ｕｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｉｌ－ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ ｉｎ－ ｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｒ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｄｉｓ－ ｓｏｌｖｅｄ ｇａｓｅｓ ｉｎ ｏｉｌ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｓｔａｇｅｓ：ｉｎ－ ｃｅｐｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ，ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ，ａｎｄ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｔａｇｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ；ｕｌ－ ｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｇａｓｅｓ ｉｎ ｏｉｌ ｂｏｔｈ ｃａｎ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈｅ ｏｉｌ－ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｄｅ－ ｇｒｅｅ，ｈｏｗｅｖｅｒ，ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｇａｓｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｎｏｔ ａｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ａｓ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｅｔｈｏｄ；Ｃ２Ｈ２／ｔｏｔａｌ ｈｙ－ ｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｏｉｌ－ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｓ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １０％ ；Ｃ２Ｈ２／ｔｏｔａｌ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｃａｎ ａｃｔ ａｓ ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｉｌ－ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｉｓ ｉｎ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｔａｇｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ Ｃ２Ｈ２／ｔｏｔａｌ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ ｖａｌｕｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｒａｐｉｄｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｓｕｒｆａｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ；ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＵＨＦ）；ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｇａｓｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ（ＤＧＡ）；ｄｉ－ ａｇｎｏｓｉｓ；ｓｅｖｅｒｉｔｙ ｄｅｇｒｅｅ
球电极直径 为 ４０ ｍｍ，板 电 极 直 径 为 ７５ ｍｍ， 采 用 黄 铜 制 作 ，表 面 经 抛 光 处 理 ，以 保 证 光 洁 度 。 试 验纸板为魏德 曼 ３ ｍｍ 厚 纸 板，尺 寸 为 １０ｃｍ×１０ ｃｍ。 电 极 结 构 如 图 １ 所 示 。 １．２ 试 验 油 箱
试验 油 箱 采 用 有 机 玻 璃 制 作，有 利 于 试 验 现 象 的观察，分主油箱 和 副 油 箱 两 部 分，均 配 有 泄 压 阀。 主油箱与副油箱采 用 油 泵 相 连，以 加 速 油 中 溶 解 气 体的平衡，油泵额定体积流量为 １Ｌ／ｍｉｎ，试验油箱 总体积约为 １５Ｌ，约 １５ ｍｉｎ 可以实现 １ 次主、副油 箱循环１次。带电情况下可在副油箱取样三通处抽 取油样，取样三通符合 ＧＢ／Ｔ ７２５２—２００１要求。 试 验油箱结构如图２所示。 １．３ 油 与 纸 板 的 预 处 理
段。
关键词：变压器；沿面放电；特高频；油中溶解气体分析；诊断；严重程度
中 图 分 类 号 ：ＴＭ８５５
文 献 标 志 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００３－６５２０（２０１１）０７－１７１３－０６
Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｖｅｒｉｔｙ Ｄｅｇｒｅｅ ｆｏｒ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｏｉｌ－ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ