江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司 徐文梅

氣隙氣壓對絕緣劣化影響研究

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為了提高變壓器絕緣狀態(tài)評估準確性，研究局放內(nèi)部影響因子對局放發(fā)展進程的作用。根據(jù)氣隙放電電路搭建仿真模型，得到不同氣隙氣壓下周期性放電波形，波形通過仿真分析結(jié)果表明：氣隙氣壓隨著老化進程加深逐漸減小，為進一步研究絕緣老化狀態(tài)提供工程指導(dǎo)。

氣隙氣壓；仿真模型；絕緣評估

0 引言

長期的工作電壓作用下，電氣設(shè)備絕緣介質(zhì)內(nèi)發(fā)生局部放電，進一步產(chǎn)生復(fù)雜的物理及化學(xué)效應(yīng)，絕緣內(nèi)氣隙氣壓、相對介電常數(shù)會發(fā)生變化，任一參數(shù)的改變都有可能加深局部放電放電程度，成為絕緣劣化的導(dǎo)火線。通過仿真可以實現(xiàn)改變氣隙氣壓的改變，進而研究其對絕緣劣化的影響。

1 仿真參數(shù)設(shè)定

1.1 氣隙模型

理想的氣隙模型只考慮放電過程電感的影響，文獻[1]采用沿面絕緣電阻半導(dǎo)化過程描述放電過程對氣隙壁的影響，在此基礎(chǔ)上，考慮放電過程電阻的影響重新構(gòu)建了氣隙等效模型，如圖1 所示。

圖1 氣隙等效模型

其中，Ca=0.736pF、Cb1=Cb2=0.74pF、Cg=0.05659pF、Ra=2.24×1015Ω、Rg=6×1010Ω、Rb1=Rb2=2.174×1014Ω、Lg=9.07×10-5H、Rg’=4×105Ω。

1.2 外電路設(shè)置

仿真回路外加AC交流電壓源電壓50kV，頻率50Hz；保護電阻R=5kΩ；濾波器電感L=50mH；耦合電容Ck=5×10-9F；檢測阻抗Zm包含一個50Ω的電阻和一個2×10-11Ω電容；電容器極板延伸等效電阻Rk=108Ω；K增益為5×106。

1.3 起始放電及熄滅電壓設(shè)置

理想設(shè)定氣隙內(nèi)為單一空氣氣體，不摻雜其他氣體，忽略氣隙壁電荷的影響，環(huán)氧樹脂絕緣試品中氣隙的擊穿場強Ei和熄滅場強Ee之間的關(guān)系如下：

2 仿真結(jié)果分析

根據(jù)公式(1)和公式(2)，氣隙氣壓會影響到起始放電電壓和放電熄滅電壓，所以通過SIMULINK仿真模型調(diào)整起始放電電壓和放電熄滅電壓幅值，可以實現(xiàn)探討絕緣劣化過程中氣隙氣壓對局部放電的影響。圖3的(a)、(b)分別為0.8×105Pa和1.2×105Pa時的周期性放電波形。

圖2 不同氣隙氣壓周期性放電波形

由圖2直觀對比分析：氣壓的高低，對起始放電及熄滅電壓都有很大的影響。大氣壓力降低，起始放電電壓和放電熄滅電壓都會降低，因此局部放電問題就顯得更嚴重。大氣壓力上升時，起始放電電壓和放電熄滅電壓會升高，局部放電次數(shù)明顯降低。說明隨著老化的進行，氣隙內(nèi)氣壓在降低。若想對上述現(xiàn)象做深層次的探討，就得結(jié)合高電壓技術(shù)課程中的氣體放電的機理，從微觀面著手。

氣隙氣壓升高時，迫于壓力，電子的平均自由行程會縮短，電子與氣體分子發(fā)生碰撞的概率會增大。碰撞的過程會加劇能量的損失，因此電子崩的形成收到阻礙，其發(fā)展為流注放電的概率也大大降低。表現(xiàn)在單周期放電的波形上，就是氣隙放電的次數(shù)會降低。反之，氣隙內(nèi)氣壓降低時，形成電子崩最終發(fā)展成為流注放電的概率會增大，氣隙放電的次數(shù)必然會增多。長期的絕緣老化可能導(dǎo)致氣隙內(nèi)氣體含量的變化，進而影響到氣隙內(nèi)的氣壓。本文直觀驗證推測，劣化程度越嚴重，氣隙內(nèi)的氣壓會越低。

3 結(jié)論

從局部放電影響絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙氣壓這一實際情況反向思維考慮，根據(jù)氣隙放電電路搭建仿真模型，改變與氣隙氣壓相關(guān)聯(lián)原始參數(shù)得到不同氣隙氣壓下周期性放電波形，波形直觀顯示出氣隙氣壓升高可以有效降低局部放電程度，從而表現(xiàn)出絕緣劣化程度較輕。這將為進一步開展絕緣老化評估提供了重要的理論支持。

[1]任成燕,成永紅,陳小林等．基于SIMULINK的氣隙局部放電仿真技術(shù)研究[J]．西安交通大學(xué)學(xué)報．2004,38(8):824-827．