局部放電對(duì)油紙絕緣的影響

李超

摘 ?要：基于智能電網(wǎng)建設(shè)中變壓器的作用，文章提出做好變壓器油紙絕緣的必要性，首先分析了變壓器油紙絕緣破壞和局部放電的產(chǎn)生，探討了局部放電對(duì)油紙絕緣的影響，再?gòu)姆烹娔Ｐ汀⒃囼?yàn)流程、危險(xiǎn)等級(jí)定義、聚合度分析等方面，詳細(xì)而深入的探討了變壓器油紙絕緣中，局部放電的特征參量提取，以及發(fā)展特性分析，以服務(wù)智能電網(wǎng)建設(shè)，豐富領(lǐng)域內(nèi)的理論研究?jī)?nèi)容。

關(guān)鍵詞：局部放電;油紙絕緣;聚合度;決策樹(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM721 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）36-0046-02

我國(guó)提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃，投入大量資金進(jìn)入電網(wǎng)的優(yōu)化和升級(jí)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，特性日益復(fù)雜。變壓器是電網(wǎng)運(yùn)行的重要元件，保障變壓器安全運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定有重要作用。

歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在電網(wǎng)內(nèi)主變壓器的事故中，絕緣老化問(wèn)題占有很高的比例，而油紙絕緣則是變壓器絕緣的重要形式，因此，深入探討油紙絕緣的局部放電特征和發(fā)展特性，對(duì)分析局部放電對(duì)油紙絕緣的影響有重要作用。

1 ?變壓器油紙絕緣破壞和局部放電的產(chǎn)生

油紙絕緣是電力變壓器內(nèi)絕緣的重要形式，變壓器油紙絕緣會(huì)逐漸老化，包括電場(chǎng)、溫度、氧氣、水份等眾多因素都會(huì)影響到變壓器的油紙絕緣，導(dǎo)致變壓器的油紙絕緣性能下降，給變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)影響。

在變壓器油紙絕緣破壞的研究中，局部放電是重要的特征參量。通過(guò)局部放電特征，能夠反映不同程度上的絕緣老化特性，借助局部放電與其它特征參量，來(lái)反映真實(shí)的變壓器絕緣老化情況，因此，基于局部放電的無(wú)損檢測(cè)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。

2 ?局部放電對(duì)油紙絕緣的影響

局部放電是高分子絕緣材料老化的重要原因，根據(jù)局部放電統(tǒng)計(jì)圖譜的指紋識(shí)別技術(shù)，分布在時(shí)域和相域的24種不同圖譜，包含了上百個(gè)特征參量，這些參量都能夠應(yīng)用于局部放電的信號(hào)提取和檢測(cè)中。

3 ?變壓器油紙絕緣局部放電特征和發(fā)展特性

局部放電特征是一種特殊的電氣特征量診斷方法，在對(duì)變壓器的絕緣老化和剩余壽命預(yù)測(cè)中，受到外界干擾的因素較少，一般不會(huì)受到變壓器濾油、絕緣紙、油類(lèi)型等的影響，能夠較好的對(duì)繞組絕緣實(shí)現(xiàn)無(wú)損在線監(jiān)測(cè)。

3.1 ?放電模型與試驗(yàn)流程

3.1.1 ?放電模型

變壓器是電網(wǎng)的重要電氣設(shè)備，構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)運(yùn)行環(huán)境惡劣，因此可能出現(xiàn)局部放電的部位很多。

總體來(lái)說(shuō)，局部放電有三類(lèi)對(duì)變壓器油紙絕緣損害較大的類(lèi)型，分別為：沿面放電、電暈放電、絕緣內(nèi)部放電。其中，內(nèi)部放電對(duì)變壓器絕緣的影響最大。

根據(jù)國(guó)際電網(wǎng)會(huì)議精神，目前研究界多使用CIGRE Method II模型作為研究局部放電對(duì)絕緣影響的模型。

基于此，選擇固體絕緣內(nèi)部扁平氣隙缺陷模型，并依此作為研究對(duì)象，用來(lái)研究絕緣破壞和發(fā)展過(guò)程中，局部放電信號(hào)的變化，固體絕緣內(nèi)部扁平氣隙缺陷模型是基于國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議提出的CIGRE Method II模型制作，同時(shí)也具有一定的代表性。如圖1所示。

該模型中有三層，上層和下層油紙板的厚度均為0.5 mm，中間層則為一個(gè)圓形氣隙，該氣隙半徑為10 mm，厚度達(dá)0.2 mm。整個(gè)試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒胱儔浩鹘^緣油中，并使用特殊的工具緊固，使用硅橡膠來(lái)密封不同層之間的結(jié)合處，嚴(yán)防變壓器的絕緣油滲透進(jìn)入氣隙中。

3.1.2 ?試驗(yàn)流程

首先，提取變壓器油紙絕緣的局部防電信號(hào)，并進(jìn)行去噪處理，構(gòu)建T-F模式的FCM聚類(lèi)。

其次，根據(jù)投影和脈沖的不同，對(duì)采集到的局部放電信號(hào)進(jìn)行混合放電源分離，將之分為若干個(gè)獨(dú)立的放電源。

再次，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對(duì)這些放電源進(jìn)行PRPD模式構(gòu)造和模糊聚類(lèi)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)算子提取出新特征參量。

最后，將提取出的新特征參量進(jìn)行模式識(shí)別，識(shí)別出若干放電類(lèi)型，為變壓器油紙絕緣的決策樹(shù)提供輔助支撐。

此后，根據(jù)決策樹(shù)判別出不同放電源的嚴(yán)重程度，并進(jìn)行分級(jí)。詳細(xì)流程，如圖2所示。

3.2 ?局部放電發(fā)展特性分析

3.2.1 ?危險(xiǎn)等級(jí)定義

對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的局部放電信號(hào)進(jìn)行采集，并進(jìn)行量化分析，以準(zhǔn)確診斷變壓器的絕緣狀態(tài)，輔助變壓器檢修決策制定。并根據(jù)放電發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)放電的對(duì)應(yīng)危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行定義和分析，見(jiàn)表1。

3.2.2 ?聚合度分析

在進(jìn)行油紙被試樣品的聚合度分析時(shí)，將DP（Degree of polymerization）作為判別油紙絕緣的最有效根據(jù)。

目前，根據(jù)國(guó)際統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，新的絕緣油紙的平均聚合度應(yīng)該達(dá)到1 000，如果測(cè)量到的實(shí)際絕緣油紙聚合度低于500，則變壓器的整體絕緣水平進(jìn)入中期，并開(kāi)始逐步衰老;如果測(cè)量到的實(shí)際絕緣油紙聚合度低于250，則變壓器的整體絕緣水平進(jìn)入末期，絕緣油中的糠醛濃度非常高，將導(dǎo)致絕緣紙脆化變形，引發(fā)變壓器絕緣隱患，可能導(dǎo)致故障。

4 ?結(jié) ?語(yǔ)

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模還將不斷擴(kuò)大，變壓器在電網(wǎng)內(nèi)的數(shù)量不斷增加，做好變壓器油紙絕緣重要性日益凸顯。變壓器局部放電與油紙絕緣的研究，是近年來(lái)的熱點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)局部放電特征參量的提取和算法分析，涉及到模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)元理論、概率論、統(tǒng)計(jì)學(xué)等復(fù)雜內(nèi)容，因此局部放電油紙放電模型的設(shè)計(jì)成為專(zhuān)業(yè)技術(shù)難度很強(qiáng)的研究領(lǐng)域，局部放電與油紙絕緣問(wèn)題依然有待進(jìn)一步深入探討。

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