氣隙放電的仿真研究

安徽華電宿州發電有限公司 于 凱

氣隙放電的仿真研究

安徽華電宿州發電有限公司 于 凱

為了探究氣隙放電的放電機理，結合局部放電機理和經典等值三電容模型，搭建了基于電容-電感-電阻的單氣隙放電仿真模型，并在matalab中實現其仿真。通過改變電阻和電容參數的大小，分析研究電磁波波形的變化情況，從而為深入探究其放電機理以及進行氣隙放電識別分析奠定一定的基礎。

氣隙放電；仿真模型；matalab；電磁波

0 引言

隨著電壓等級的升高、電網規模的爆炸式擴張、用戶對電能質量要求的提高，電力系統的安全運行以及持續、穩定、優質的電力供應顯得愈發重要。出現嚴重的故障事故時，人們的分析焦點一般停留在電網的運行調度層，由電氣設備絕緣損壞造成的故障往往被忽略。而事實上重大事故往往是由輸配電設備的絕緣故障所導致的，而氣隙放電是引起絕緣故障的主要原因[1]。因此，對氣隙放電進行模擬是分析絕緣故障的重要基礎。

1 局部放電機理

對氣隙局部放電使用電阻電容模型，典型的氣隙局部放電電阻電容模型理想圖如圖1，其中絕緣介質被分解成了a、b、c三部分，c代表氣隙，b為c的上下部分，電路上是串聯關系，a即為c的左右兩部分，電路上是并聯關系。圖2是氣隙模型等效電路圖，其中Rg、Cg分別是氣隙電阻和電容，Rb、Cb是氣隙上下部分電阻和電容，Ra、Ca是其余無氣隙部分電阻和電容。

圖1 氣隙模型理想圖

圖2 氣隙模型等效電路圖

2 局部放電影響因素

根據國內外學者的研究成果，a部分的參數基本不影響局部放電，本文將不繼續研究。下面將通過調整b部分參數、氣隙等效電容Cg、氣隙等效電阻Rg等觀察波形的變化，從而探究其物理含義。

3 仿真結果分析

由文獻[2]知，當Rb1=Rb2=2.174×1014Ω，

Cb1=Cb2=7.4×10-13F、Rg=6×1010Ω時，得到的氣隙放電波形和放大后單次放電波形圖，分別如圖3中的(a)、(b)所示。由單次波形圖可計算出單次放電上升時間為20ns，下降時間580ns，

圖3 原始及放大后氣隙放電波形

3.1 b部分參數變化

b部分是與氣隙連接絕緣介質部分，主要改變Rb和Cb。本文中，Rb1和Rb2同時改變，Cb1和Cb2同時改變。

（1）改變電阻Rb1、Rb2。

改變電阻值Rb1=Rb2=10-100Ω，波形如圖4(a)所示。改變電阻值Rb1=Rb2=10100Ω，波形如圖4(b)所示。

圖4 改變電阻的氣隙放電波形

由圖4中的(a)、(b)可以看出，當Rb減小時放電現象沒有明顯變化，Rb無限增大時放電現象減弱至幾乎無放電現象。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間580ns，與原單次放電波形上升沿時間和下降沿時間一致。由此可知，Rb不是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

（2）改變電容Cb1、Cb2。

改變電容值Cb1=Cb2=3.7×10-13F，波形如圖5(a)。改變電容值Cb1、Cb2=3.7×10-19F，波形如圖5(b)。

圖5 改變電容的氣隙放電波形

由圖5中的(a)、(b)可以看出，當Cb減小時放電現象減弱至甚至沒有，Cb略微增大則放電現象就明顯增強。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間780ns，比原單次放電波形下降沿時間長，由此可知，Cb是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

3.2 c部分參數變化

c部分是與氣隙連接絕緣介質部分，主要改變Rg和Cg。

（1）改變電阻Rg。

改變電阻值Rg=6×1014Ω，波形如圖6(a)。改變電阻值Rg=60Ω，波形如圖6(b)。

圖6 改變Rg的氣隙放電波形

由圖6中的(a)、(b)可以看出，當Rg增大時放電次數明顯增多，當Rg減小時放電現象減弱。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間580ns，與原單次放電波形上升沿時間和下降沿時間一致。由此可知，Rg不是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

（2）改變電阻Cg。

改變電容值Cg=5.7×10-14F，波形如圖7(a)。改變電容值Cg=5.7×10-16F，波形如圖7(b)。

圖7 改變Cg的氣隙放電波形

由圖7中的(a)、(b)可以看出，當Cg變大時放電現象減弱，當Cg變小時放電現象增強。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間60ns，比原單次放電波形下降沿時間縮短。由此可知，Cg是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

4 結論

本文基于matalab建立了氣隙放電的仿真模型，并改變相關參數研究其對波形的影響，從仿真結果可知，Cb1、Cb2及Cg是影響氣隙放電波形的主要因素。

[1]李軍浩,韓旭濤,劉澤輝,等．電氣設備局部放電檢測技術述評[J]．高電壓技術,2015,41(8):2583-2601．

[2]沈煜,阮羚,謝齊家,等．采用甚寬帶脈沖電流法的變壓器局部放電檢測技術現場應用[J]．高電壓技術,2011,37(4):937-943．

于凱（1982—），男，安徽宿州人，工程師，主要從事發電廠繼電保護專業調試與維護，以及電氣設備高壓試驗工作。