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超、特高壓變壓器絕緣電場強度接近設計極限，具有高電位差和高電場強度的特點，極易由于局部缺陷導致放電的發(fā)生，且與低電壓等級變壓器中的“普通型”局部放電相比，呈現出一些新的放電特征。在對超、特高壓變壓器進行出廠和交接試驗時，多次發(fā)生從檢測到局部放電到主絕緣擊穿或臨近擊穿僅需幾分鐘的“快速發(fā)展型”放電故障。與“普通型”放電故障相比，該類故障具有起始電場強度高、發(fā)展速度快、對絕緣紙板造成不可逆的樹枝狀損傷痕跡等特點，對設備安全運行造成較大威脅，且目前沒有很好的預警方法。

目前，國內外采用局部放電特征參量表征放電發(fā)展嚴重程度的研究頗多。，但是均針對局部放電特征參量在較長時間（數小時～數天甚至更長）發(fā)展過程中的變化趨勢。而由于“快速發(fā)展型”放電故障產生和發(fā)展的速度較快，將呈現一些新特征，無法再采用之前的研究結果予以表征。

研究表明，對于超、特高壓變壓器中的油紙絕緣結構，在短時過電壓的作用下，一旦形成局部放電，將會迅速發(fā)展為樹枝狀放電，最終引發(fā)絕緣紙板擊穿。由于“快速發(fā)展型”放電故障在短時間內就會引發(fā)變壓器故障，其產氣速度遠大于氣體的溶解速度，且由于放電量大，對紙板的損傷極其嚴重，在進行局部放電監(jiān)測時，放電量可能會出現測量儀器的限幅值。因此，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段如油中溶解氣體、視在放電量等適用性較差。

因此，研究“快速發(fā)展型”放電故障的形成原因，探索“普通型”和“快速發(fā)展型”放電故障的界定方法，分析“快速發(fā)展型”放電故障對油紙絕緣損傷所表現出來的新特征，對實現該類放電故障的診斷和預警具有重要價值。

重慶大學、國網電力科學研究院武漢南瑞公司的科研人員研究油紙絕緣在極不均勻電場下的U-t特性曲線及電壽命模型，提出采用U-t特性曲線區(qū)分“普通型”和“快速發(fā)展型”放電故障。研究結果表明，在極不均勻電場下，油紙絕緣的電壽命U-t特性服從反冪函數模型，可采用不同電場區(qū)域反冪函數模型中電壓耐受指數n值作為兩種放電類型的區(qū)分依據。

圖1 局部放電監(jiān)測及碳痕發(fā)展觀測平臺

圖2 電極模型結構和實物

科研人員指出，從油紙絕緣的損傷痕跡來看，“快速發(fā)展型”與“普通型”放電具有相似處和各自特點：兩種放電都會產生電暈和滑閃放電，且伴有白斑和氣體產生；不同點在于，“快速發(fā)展型”放電發(fā)展速度快，對紙板損傷嚴重，會產生明亮的放電通道和表面的樹枝狀碳痕，而“普通型”放電發(fā)展相對緩慢，且對紙板損傷較輕，只會在針尖處產生點狀碳痕。

圖3 普通型放電下紙板損傷痕跡發(fā)展過程

圖4 普通型放電下紙板擊穿后的正反面形

圖5 快速發(fā)展型放電下紙板損傷痕跡發(fā)展

圖6 快速發(fā)展型放電下紙板擊穿后的正反

樹枝狀碳痕是“快速發(fā)展型”放電故障的主要特征，其生長分為快速生長和緩慢生長兩個階段，并且符合絕緣材料中電樹枝的生長規(guī)律。研究成果可為區(qū)分“快速發(fā)展型”和“普通型”放電故障提供參考依據，為掌握“快速發(fā)展型”放電故障規(guī)律并進行有效預警和診斷奠定基礎。

本文編自2022年第4期《電工技術學報》，論文標題為““快速發(fā)展型”放電故障及其對油紙絕緣的損傷特性”，作者為魏意恒、楊麗君 等。