如何实现“快速发展型”放电故障的诊断和预警？重庆大学科研人员发表相关研究成果

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超、特高压变压器绝缘电场强度接近设计极限，高电场强度下由于局部放电引发击穿的过程具有快速发展的特点。在出厂及交接试验中频繁发生多起“快速发展型”放电故障案例，即从检测到局部放电再到主绝缘击穿或临近击穿仅几分钟，对变压器运行造成极大隐患。

为探究“快速发展型”放电故障形成原因及其对油纸绝缘的损伤特性，输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司的研究人员魏意恒、杨丽君、徐治仁、杨旭、刘诣，在2022年第4期《电工技术学报》上撰文，以针-板电极下油纸绝缘的放电发展过程为研究对象，研究放电模型的U-t特性曲线及电寿命特性，探索区分和界定“普通型”和“快速发展型”放电故障的方法；并预期通过观测不同电场强度下油纸绝缘从放电产生到击穿的整个失效过程中纸板损伤痕迹的发展变化来分析“普通型”和“快速发展型”放电故障对油纸绝缘的损伤特性，以实现“快速发展型”放电故障的诊断和预警。

超、特高压变压器绝缘电场强度接近设计极限，具有高电位差和高电场强度的特点，极易由于局部缺陷导致放电的发生，且与低电压等级变压器中的“普通型”局部放电相比，呈现出一些新的放电特征。在对超、特高压变压器进行出厂和交接试验时，多次发生从检测到局部放电到主绝缘击穿或临近击穿仅需几分钟的“快速发展型”放电故障。与“普通型”放电故障相比，该类故障具有起始电场强度高、发展速度快、对绝缘纸板造成不可逆的树枝状损伤痕迹等特点，对设备安全运行造成较大威胁，且目前没有很好的预警方法。

目前，国内外采用局部放电特征参量表征放电发展严重程度的研究颇多。，但是均针对局部放电特征参量在较长时间（数小时～数天甚至更长）发展过程中的变化趋势。而由于“快速发展型”放电故障产生和发展的速度较快，将呈现一些新特征，无法再采用之前的研究结果予以表征。

研究表明，对于超、特高压变压器中的油纸绝缘结构，在短时过电压的作用下，一旦形成局部放电，将会迅速发展为树枝状放电，最终引发绝缘纸板击穿。由于“快速发展型”放电故障在短时间内就会引发变压器故障，其产气速度远大于气体的溶解速度，且由于放电量大，对纸板的损伤极其严重，在进行局部放电监测时，放电量可能会出现测量仪器的限幅值。因此，传统的监测手段如油中溶解气体、视在放电量等适用性较差。

因此，研究“快速发展型”放电故障的形成原因，探索“普通型”和“快速发展型”放电故障的界定方法，分析“快速发展型”放电故障对油纸绝缘损伤所表现出来的新特征，对实现该类放电故障的诊断和预警具有重要价值。

重庆大学、国网电力科学研究院武汉南瑞公司的科研人员研究油纸绝缘在极不均匀电场下的U-t特性曲线及电寿命模型，提出采用U-t特性曲线区分“普通型”和“快速发展型”放电故障。研究结果表明，在极不均匀电场下，油纸绝缘的电寿命U-t特性服从反幂函数模型，可采用不同电场区域反幂函数模型中电压耐受指数n值作为两种放电类型的区分依据。

图1 局部放电监测及碳痕发展观测平台

图2 电极模型结构和实物

科研人员指出，从油纸绝缘的损伤痕迹来看，“快速发展型”与“普通型”放电具有相似处和各自特点：两种放电都会产生电晕和滑闪放电，且伴有白斑和气体产生；不同点在于，“快速发展型”放电发展速度快，对纸板损伤严重，会产生明亮的放电通道和表面的树枝状碳痕，而“普通型”放电发展相对缓慢，且对纸板损伤较轻，只会在针尖处产生点状碳痕。

图3 “普通型”放电故障下纸板损伤痕迹发展过程

图4 “普通型”放电故障下纸板击穿后的正反面形貌

图5 “快速发展型”放电故障下纸板损伤痕迹发展过程

图6 “快速发展型”放电故障下纸板击穿后的正反面的形貌

树枝状碳痕是“快速发展型”放电故障的主要特征，其生长分为快速生长和缓慢生长两个阶段，并且符合绝缘材料中电树枝的生长规律。研究成果可为区分“快速发展型”和“普通型”放电故障提供参考依据，为掌握“快速发展型”放电故障规律并进行有效预警和诊断奠定基础。

本文编自2022年第4期《电工技术学报》，论文标题为““快速发展型”放电故障及其对油纸绝缘的损伤特性”，作者为魏意恒、杨丽君 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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