植物油-纸绝缘气隙放电形态及发展特征

输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）的研究人员崔鲁、陈伟根、杜劲超、李剑，在2018年第3期《电工技术学报》上撰文指出，气隙缺陷是油纸绝缘常见的局部放电缺陷模式。

随着植物绝缘油变压器的推广应用，研究植物油-纸绝缘气隙放电及其特征具有重要的意义。论文采用气隙放电模型和模拟油箱，从放电机理的角度对比分析了植物油-纸绝缘与矿物油-纸绝缘气隙放电的起始放电参数，结合电流脉冲波形和RGB统计图谱，对比分析了整个气隙放电发展过程中的形态特征。

结果表明，相比于矿物油-纸绝缘，植物油-纸绝缘气隙放电阶段特征更加明确，具有较低的起始放电电压，较小的初始相位，较少的气隙放电双峰脉冲，较小的放电量，较多的放电次数和更明显的“兔耳”谱图。实验结果为有效识别植物油-纸绝缘气隙放电及其发展特征提供了参考。

矿物绝缘油具有优良的介电性能和老化稳定性，是目前应用最广泛的变压器液体绝缘材料和冷却介质[1]。然而，随着消防安全和环境保护被予以高度重视，提炼于石油的传统矿物绝缘油所固有的低燃点、难降解和不可再生等弊端逐渐暴露出来，无法满足人们对电力用油的更高要求。所以，寻找一种安全可靠、绿色环保的替代品成为国内外研究的热点问题。

基于天然植物材料提取精炼的新型植物绝缘油具有高燃点、高生物降解率和可再生的特性，在配电变压器领域得到了广泛的应用，并且高电压等级植物绝缘油变压器已在多个国家成功挂网运行[2,3]。2014年，德国西门子公司研制出了420 kV超高压植物绝缘油变压器，并成功调试运营[4]。我国在此方面起步较晚，但发展迅速。2016年，在重庆大学和南方电网公司的合作下，首次在国内实现了主网高电压等级（110 kV）大型植物绝缘油变压器的研发[5]。

有关植物绝缘油变压器状态监测和故障诊断的研究仍处在起步阶段。近五年，一些国外研究学者开始探索植物油-纸绝缘的局部放电特征[6,7]。目前的研究大多针对电晕放电和沿面放电两种局部放电类型，有关植物油-纸绝缘气隙放电阶段特征的研究却少见报道。

而油纸绝缘中经常出现气隙缺陷，由此引起的放电是一种具有代表性的局部放电形式，会造成固体绝缘不可逆的破坏，严重影响变压器的正常运行[8-11]。并且，现有文献主要集中于和矿物油-纸绝缘局部放电特征的简单对比，缺少对植物油-纸绝缘局部放电的机理分析。

因此，开展植物油-纸绝缘气隙放电实验，研究其发展过程中的放电形态，探究理论解释，对实现植物油-纸绝缘状态的准确评估、保证植物绝缘油变压器的安全可靠运行具有重要的现实意义。

本文基于典型的气隙缺陷模型，采用传统的脉冲电流恒压法，开展了植物油-纸绝缘与矿物油-纸绝缘的局部放电模拟实验。对两种油纸绝缘气隙放电的起始放电特征差异进行了机理解释，并结合电流脉冲波形和RGB统计图谱，对比分析了整个气隙放电发展过程中的形态特征，为有效评估植物油-纸绝缘气隙放电的严重程度提供了一定的参考。

图2  气隙缺陷模型

图3  气隙放电实验回路示意图

结论

基于植物油-纸绝缘与矿物油-纸绝缘气隙放电实验，本文从放电机理的角度对比分析了两种油纸绝缘起始放电参数的差异，结合电流脉冲波形和RGB统计图谱，对比分析了气隙放电及其发展特征，所得结论如下：

1）植物油浸绝缘纸板相对介电常数较高，引起起始放电电压略低，起始放电场强较小；电子崩形成过程中，电子运动速度较低，使得起始放电量较小；植物油浸绝缘纸板表面在起始放电阶段的浅陷阱较多，所以较早地采集到了正半周信号，且负半周放电信号的初始相位偏小。

2）矿物油-纸绝缘气隙放电发展过程中，相对较低的产气速率引起脉冲波形的“多峰现象”，进而导致较大的放电量；植物油浸绝缘纸板气隙中的有效电子产生速率较高，相位前移更为明显，使得放电后期的脉冲次数更多。

3）由于气隙中的水分和电负性气体的综合作用，在植物油-纸绝缘气隙放电后期，RGB统计图谱中的“兔耳现象”更为明显，为评估其放电严重程度提供一定的依据。