110kV變壓器絕緣電阻測量多點接地模型及絕緣特性改變對絕緣電阻影響

廖浩泉 吳智影 饒紅疆 何益宏

摘要：針對現場變壓器鐵芯、外殼接地特點提出變壓器多點接地模型，與擴展Debye模型對比驗證了所提模型可用于變壓器絕緣電阻仿真測試與分析。基于Matlab可視化Simulink動態仿真環境，分析了各極化支路電參數變化對絕緣電阻的影響。結果表明，時間常數不變的情況下大時間常數支路對極化過程影響最大，反之則取決于極化支路電參數變化幅度。

關鍵詞：多點接地模型;絕緣電阻;極化支路電參數;時間常數

中圖分類號：TM411 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0005-04

1概述

變壓器試驗預防性試驗是保證電力變壓器安全運行的重要手段，受到了電力部門的高度重視。變電站的110kV變壓器絕緣電阻測量是其中一項重要的預防性試驗工作，能有效地檢查出變壓器絕緣整體受潮，部件表面受潮或臟污以及貫穿性的集中性缺陷等問題，如：絕緣子是否破裂、引線是否靠殼、器身內部有金屬是否接地、繞組圍裙是否嚴重老化、絕緣油是否嚴重受潮等缺陷核問題。

變壓器絕緣電阻測量，需要對多種需測量絕緣電阻的狀況做出分析，為絕緣電阻值的分析提供參考。當變壓器絕緣試驗的數據超過規程規定或出現異常時，則要全面的對歷史數據進行對比分析并進行相關試驗項目，尋找故障原因，或者通過建立的等效分析電路，利用仿真方法分析影響變壓器絕緣狀態的因素。文獻[6]建立了用于變壓器頻域介電譜（FDS）仿真的改進有限元模型和集總參數電路模型，考慮了變壓器繞組與壁間結構對FDS的影響。文獻[7]利用擴展Debye模型分析弛豫支路參數變化與絕緣狀態的關系。很少有文獻研究對現場變壓器建模及分析絕緣狀態與絕緣電阻的變化規律。

本文根據變電站的變壓器是外殼、鐵芯等多點直地系統的特點，提出一種變壓器多點接地的模型，借助星型和三角形等效電路原理，簡化系統分析模型，研究了變壓器內部絕緣介質特性改變時，對變壓器絕緣電阻變化規律的影響，為變壓器的絕緣性能評估提供重要參考依據。

2變壓器絕緣電阻測量多點接地模型

在絕緣電阻測量中，將高壓端A、B、C三相引出端短接的引線與中性引出線連接，是絕緣電阻測量的測量輸入端。另一方面，變電站的變壓器是外殼、鐵芯等多點直地系統，因此構成如圖1的變壓器多點接地模型。圖中O對應中性線引出端，w對應高壓端A、B、C三相引出端。

根據電路星型和三角形等效電路原理，圖1電路簡化為如圖2的三角形等效電路，這樣可以在簡化模型基礎上進一步分析變壓器的絕緣電阻，為變壓器絕緣電阻研究提供依據。

3仿真分析

3.1模型驗證

變壓器絕緣電阻測量難題在于絕緣介質受高壓有緩慢的極化過程很難得到穩定的絕緣電阻值。現有研究資料主要采用擴展Debye模型模擬油紙絕緣的極化特性。仿真數據源于文獻[8]對一臺45MVA變壓器進行PDC測試，采用擴展Debye模型等效模擬計算參數如表1。

假設R_1x和R_2x相等R_1x和R_2x與6條極化支路、幾何電容并聯等效擬合變壓器油紙絕緣材料的絕緣特性。為驗證本文等效參數模型的有效性，保證其他條件相同的情況下與擴展Debye模型進行對比，供電直流高壓2500V，極化時間60s，極化電流曲線如圖3所示。

變壓器絕緣電阻測試可有效檢察出變壓器整體受潮、部件表面臟污或受潮以及貫穿性缺陷。展開絕緣電阻測試對變壓器絕緣狀態判斷具有重要作用。圖4對比多點接地模型與擴展Debye模型絕緣電阻變化過程，兩者具有較為理想的擬合度，表明本文多點接地模型與擴展Debye模型有同等效用。

從圖3、圖4中可以看出本文所提多點接地模型與擴展Debye模型受同幅值直流電壓產生的極化電流與絕緣電阻測試具有極高的相似度，可用于分析絕緣介質特性發生改變對絕緣電阻的影響。

變壓器長時間、全天候、高溫高壓、滿負載運行容易使變壓器絕緣狀況發生變化，所測絕緣電阻也有所不同。變壓器絕緣電阻測試對絕緣受潮等狀態具有較高的靈敏度，表明發生上述隋況絕緣電阻會有明顯變化。通過等效電路參數調節分析絕緣電阻的具體變化情況。為便于絕緣狀態分析將極化支路分為3種：小時間常數極化支路（T<1s）、大時間常數極化支路（T>100s）、中時間常數極化支路（Is

3.2T不變的極化支路仿真分析

3.2.1T<1s的極化支路影響

在一r恒定的前提下改變小時間常數支路的電阻電容，絕緣電阻變化情況如圖5所示，為了便于分析極化全過程圖5T-2s～10¹s）、中期（10¹s～10³s）、后期（10³s～10⁴s）。

從圖5可知時間常數小于1s的極化支路主要影響絕緣電阻的初始階段，到中后期小時間常數極化支路電容電荷集聚完成不再參與極化過程，因而支路中無電流流動，對絕緣電阻無影響。極化電阻電容變化時絕緣電阻初始值都較低，在變壓器絕緣極化過程中固體絕緣極化過程前期非常不明顯，出現這種表象可能是絕緣油絕緣特性發生改變。

3.2.2 1s

在T恒定的情況下調節中時間常數支路的電阻R4、R5和電容C4、C5，絕緣電阻變化情況如圖6所示。

從圖6可以看出中時間常數極化支路電參數變化影響絕緣電阻初始階段和中期的開始階段，由于干燥的絕緣紙極化緩慢，主要表現為絕緣電阻后期變化，圖中曲線前中期變化說明變壓器絕緣油極化完成并伴隨有部分油紙絕緣介質界面極化現象。

3.2.3T>100s的極化支路影響

在T恒定的情況下改變大時間常數支路的電阻R，、R2、R3和電容C1、C2、C3，絕緣電阻變化情況如圖7所示。