變壓器油擊穿過程光譜及電壓分析

高峰 吳國麗

摘要：變壓器的可靠運行離不開變壓器油的作用，變壓器油絕緣性能在其中的重要性不容忽視。在對變壓器油電氣性能評價過程中，需要將指標確定為擊穿電壓，通過擊穿電壓可以對變壓器油的水含量做出確定，還可以對懸浮物所引發的污染度予以判定。在進入有關設備之前，還可以對變壓器油的干燥與過濾情形進行檢測。由此可見，利用擊穿電壓指標，可以將變壓器油的絕緣性能充分體現出來。

關鍵詞：變壓器油;擊穿過程光譜;電壓

一、光聲光譜檢測原理

將需要檢測的氣體放入密閉光聲池之中，在該氣體表面位置處，通過一束單色光源開展相關照射，確保其能夠吸收所有光能，并促使光能朝著熱能的方向做出改變，之后確保退激的實現。通過釋放熱能，可以促使氣體周期性加熱情況的產生，這樣就會引發介質周期性壓力波動。關于介質周期性壓力波動方面，檢測可以直接運用微音拾音器或壓電陶瓷傳聲器來完成。在將其放大之后，就可以獲得光聲信號。氣體不同，其所運用的紅外光譜也就有所差別， 與該種特性緊密聯系起來，關于照射方面，就可以利用單色光波長來實現，進而對波長長度中多樣化的光聲信號圖譜予以確定，并將需要檢測氣體的分子濃度計算出來。

二、實驗設計

在該系統中，其包含比較多的基礎設備，比如：電極、暗室、脈沖電源、電荷耦合器件等。在此次實驗中，利用暗示開展了玻璃容器的放置。在進行此次實驗的過程中，需要對溫度進行科學控制，可以確保其處于22～26℃的范圍中。可以對逐步升壓法予以選用，2kv屬于電壓單次上升值，關于擊穿中肉眼所觀測的峰值電壓方面，需要認真開展的標注，注重對有關數據信息作出系統整理。在完成有關工作之后，針對等待檢測的變壓器油，可以在第一時間開展均勻的攪動，在將其充分攪勻之后，在平整位置處對其進行放置，時間為2min。在完成上述實驗之后，還需要重復開展實驗，其次數為5次，最后的實驗結果就是5次擊穿實驗中所取得的平均值。

三、實驗結果分析

（一）譜線分析

在此次的放電實驗中，選取了針-針電極間隙45號變壓器油。將碳、氫兩種存在差異的元素添加至45號變壓器油中。在進行本次實驗的過程中，光譜線數屬于可觀測范圍。 在400～700nm區域內的波長中，關于氫這一元素方面，其譜線為四條。

實驗起始處為650nm的中心波長，最為顯著的特征譜線，出現在656nm中心波長的附近位置處，通過重復實驗，其所具備的一致性較為良好。在5mm間隙范圍內，以及50.4KV負直流電壓的情況下，關于所收集的光譜圖方面，譜線峰值非常突出的就是656nm波長中。與氫線譜相比較，關于該區域的656.272nm的波長方面，其所具備的相似之處比較突出。相比較于其他波長所釋放出來的光強，在656.424n m峰值中所釋放的光強要多出許多。相比較于其他區域，該類躍遷處的氫量比較多，電離中一些粒子的反應比較突出。

（二）放電照片

通過此次實驗系統，可以對變壓器油對應的放電照予以獲取。在不開展電壓施加時，也可以對一張針-針電極照開展觀測。曝光時間為5ms左右，增益則為150左右。

倘若間隙自始至終都保持在1 mm，假設該區域存有IC CD所獲取的放電圖像的情況下，那么，此處的擊穿電壓必定會大于或等于60kv，通過的實驗儀器，不能夠充分保證實驗人員所采集放電圖像的客觀性與可靠性。該間隙過于短暫，很難對放電通道進行觀測。針對擊穿強度而言，與直流情況下的加壓相比較，脈沖加壓要低出許多。其主要原因就在于，在針-針電極中，其所建構的電場均勻性非常低，電子崩要想朝著附近空間發展，其難度系數非常高，具備較低的電極間隙，在未分叉的情形中，會擊穿放電通道。

依據10mm正直流電壓下的照片可以得出，在擊穿開始之前的某個時間點中，部分氣泡出現在液油面位置處。在擊穿后的第1個照片中，氣泡同樣出現在下方針電極位置處，并且向上沿位置處持續開展運動。其主要原因在于，在未被擊穿之前，實質上電子屬于定向運動，電流不夠大，變壓器油的氣化不夠徹底，液面位置處通常會存在氣泡。在進行擊穿時，會將許多的熱能釋放出來，焦耳熱可以全部汽化針變液壓汽油，這樣所產生的氣泡就可以用肉眼觀測到。

在1 mm正脈沖電壓中，可以獲取照片，包括：在開始擊穿前，某個點位之處的圖像，以及擊穿之后的第1張照片。不管是擊穿之前，還是在擊穿之后，都未觀測到氣泡。其主要原因就在于，納秒脈沖上升所花費的時間不長，很難促使氣泡的生成。在該過程中已經擊穿變壓器油間隙，納秒脈沖下的液體放電研究更加與液體的本質特征相適應。

（三）變壓器油的擊穿電壓

在變壓器油的擊穿過程中，不單單可以對擊穿光譜做出獲取，在電壓極性、間隙距離與曲率半徑環境中，也會促使擊穿電壓的生成。面對半徑針電極情況，在對電壓進行施加之后，間隙雖然有所差別，但變壓器油也會促使與之相對應擊穿電壓的生成。

倘若間隙距離為1 mm，那么所生成的正極性擊穿電壓為20.3kv，負極性擊穿電壓則為30.5kv。倘若間隙距離為5 mm，那么所生成的正極性擊穿電壓為39.3kv，負極性擊穿電壓則為51.1kv。倘若間隙距離為10 mm，那么所生成的正極性擊穿電壓為49.9kv，負極性擊穿電壓則為不低于60kv。

通過上述數據可以得出，倘若設置的間隙有所差別，任何情況下，之前的正極性擊穿電壓都會低于負極線擊穿電壓，可以產生非常顯著的急性效應。如果直接連接正極性電壓與真電極外，就會在一定程度上加大前方電場。在針電極中，就有可能導致流注的產生。一旦將負極性電壓接入進來，就會降低正電荷運轉速度，并加大針電極之前的電場，并在一定程度上損壞或削弱前方電場，放電流柱的推進會變得比較困難。

四、結論

要想對變壓器的運行情況進行辨別，可以通過油色譜分析法，對有色波動情況進行系統的觀察。在變壓器運行中，應用范圍最廣的監測法就是由色譜分析法。在變壓器進行油放電工作時，為了能夠對不同離子的情況與溫度規律等方面予以科學的研究與判定，針對當前的實驗系統方面，需要認真開展的改進與優化，注重確保所采集的光譜信息，能夠與光波段的特征相對應，這樣可以為實驗分析工作的高效開展，奠定良好的基礎。

參考文獻

[1] 劉學. 變壓器油擊穿過程光譜及電壓分析[J]. 科技風， 2019（16）：192-192.

[2] 李佳欣， 張士江， 黃松濤，等. 變壓器油擊穿過程光譜及電壓分析[J]. 黑龍江電力， 2018， 40（004）：332-336.

[3] 李博. 變壓器油的擊穿特性與流注放電過程的數值模擬[D]. 東北電力大學， 2017.

[4] 賈彥博. 光聲光譜技術在變壓器油中氣體分析中的應用[C]// 中國水力發電工程學會. 中國水力發電工程學會， 2013.

[5] 熊印國. 相對變換KPCA的變壓器油擊穿電壓預測建模[J]. 系統仿真學報， 2018， v.30（05）：41-48.

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