直流電壓下油紙絕緣局部放電的超高頻特性研究

摘 要：如今，隨著科技的飛速發展，變壓器運用于各個領域，四處可見各式各樣的變壓器。本文主要針對在直流電壓下油紙絕緣中局部放電的高頻特性，設計了油紙絕緣模型和局部放電檢測實驗，闡述了油紙絕緣介質的放電特性，根據其輸出的脈沖電流信號分析出此實驗的高頻特性，更加了解絕緣材料的絕緣情況。

關鍵詞：直流電壓;油紙絕緣;局部放電

1? 油紙絕緣及局部放電的概述

1.1? 絕緣簡介

將帶電物體通過使用不導電的物質進行隔離或包裹起來，不與其他導電體產生電子的轉移，良好的絕緣對線路和人身安全起到重要的作用，是日常生活和工作不可或缺的器件，我們成為絕緣。

1.2? 局部放電簡介

局部放電（partial discharge）是在外加電壓下電氣設備產生的場強使絕緣部分產生局部區域發生的放電，但是在放電區域內未形成放電通道的放電現象。

高壓設備常規性損壞的主要原因有：每一次的局部放電都對高壓設備的絕緣材料產生一定的損耗，輕微的局部放電對設備絕緣產生的影響較小，絕緣強度下降較慢，然而強烈的局部放電對設備絕緣產生的影響較大，絕緣強度下降很快。

2? 實驗概述

2.1? 局部放電實驗內容

直流下局部放電的實驗原理圖如圖1所示，其中R為200MΩ的理想型電阻，C為30nF的理想電容，電阻R0與R1組成了一個1：10000的電阻分壓器，在R0兩端便可以測出直流電壓的值，Rd是100Ω的無感電阻，Rz是數百kΩ阻值的水電阻，R50為50Ω的匹配電阻，P是電壓抑制器，Cx是試品電容，Ck是85pF的耦合電容。超高頻傳感器則是為了提高局部放電檢測的靈敏度和可靠性。

當輸入220V交流電壓后，電流經過直流高壓發生器將交流轉化為直流信號向后輸入，電阻分壓器進行了一部分電流的分流，經過水電阻后又分流，一部分進入耦合電容直接接地，另一部分經過試品電容進入屏蔽盒，屏蔽盒是為了屏蔽背景噪聲，減少所帶來的測試偏差，屏蔽盒輸出的電流直接輸入示波器CH1;超高頻傳感器直接接示波器的CH2，示波器的O、T直接接地，通過示波器記錄下波形及其他參數。

2.2? 油紙絕緣模型

油紙絕緣模型如圖2所示，試驗電極模型如圖3所示，主要由三層1mm的相同材質絕緣紙板粘接而成，其結構為邊長為125mm的正方形;絕緣紙板中間層的幾何中心處有一半徑為15mm的理想圓孔，高壓電極位于圓孔的正上方，加入電流后高壓電極擊打油紙絕緣紙板，產生脈沖波形，同時產生噪聲。

當直流電壓達到一定值時，圖2試品電容在直流電壓下會產生局部放電信號，通過超高頻傳感器傳到示波器進行顯示，記錄下顯示的波形方便后期進行比較;逐漸升高電壓，高壓電極不停地擊打油紙絕緣紙板，由于電壓值得不同產生的脈沖電流波形信號也不同;當電壓升高到某個值時，會出現明顯的放電的聲音，這是油紙絕緣紙板被頻繁擊穿的現象;油紙絕緣紙板在直流高壓作用下在電極電蝕的作用下，發生了明顯的變化，實驗后可發現油紙絕緣紙板中心處出現凹陷。

3? 實驗結果分析

根據上述實驗原理及步驟，經過反復試驗驗證可得如下類所示的直流局部脈沖圖。

如圖4所示，直流局部放電所發生的時間段為橫坐標，雙坐標分別為流經試品電容的電流信號im與發生局部放電時試品電容兩端的電壓信號um;如圖5所示，無感電阻采集直流局部放電電流波形展開圖中，橫坐標任然為時間，縱坐標為放電脈沖電流;分析無感電阻采集的典型直流局部放電波形，以及其展開圖可知隨著時間的持續，脈沖波形逐漸衰弱趨于平滑，首脈沖持續的時間約為500ns。

經過多次反復的測試，得到圖6的脈沖電流信號頻譜特性，由圖可知：無感電阻采集的脈沖電流信號的頻譜特性主要集中在低頻段1～25MHz范圍內，隨著信號頻率的逐漸增大，信號強度逐漸衰弱直至消失甚至難以測量。

4? 結束語

進入新世紀，變壓器成為生活不可或缺的一部分，“電”也是我們幾乎每時每刻都在使用的“工具”，絕緣材料是保障人身安全的一種重要器件，在這樣的社會背景下，對絕緣材料的要求越來越精，根據不同的絕緣材料在直流電壓中局部放電的高頻特性，可運用于不同的器件中，達到成本低、效率高、節能環保的效果;好的絕緣材料不僅能帶來便利，也能為工業發展、科學研究、航空航天等提供更好的技術支持。

參考文獻：

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[4]孫西方、梁英：基于電磁波檢測的局部放電在線監測技術探討，太原大學出版社，2013.4，P103-P117

作者簡介：

孫活，男，副教授，四川鐵道職業學院，研究領域：信息與通信工程、電子技術.

（四川鐵道職業學院）