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变压器PD监测超高频方法初步研究 　　【摘要】变压器是电力系统中的重要设备，它的绝缘状态直接关系到电网的安全运行。本文详细介绍了变压器局部放电（partial discharge（PD））信号的产生机理，超高频监测方法的阐述及超高频天线的设计，另外包络检波技术被用来提取变压器局部放电中的超高频信号。模拟结果表明，超高频局部放电信号用该方法可以有效地提取，以方便变压器局部放电信号的监测。 　　【关键词】局部放电；超高频监测方法；超高频天线；包络检波 　　1.引言 　　电网容量的扩大、电压等级的提高，对电力系统的稳定性、可靠性以及各种高压电气设备的运行状况提出了更高的要求。电力变压器是电力系统的重要设备之一，其可靠运行对电力系统的安全、经济运行有重要意义。电力变压器的可靠性主要决定于其绝缘状况，据统计资料表明，110kV级以上电压等级的电力变压器事故中二分之一是绝缘事故，而且几乎都是在正常工作电压下损坏的。造成变压器绝缘老化和破坏的主要原因之一是局部放电，所以进行变压器局部放电的检测对提高电力系统的可靠性和经济性具有很高的理论和实用价值。 　　由此可见，局部放电是绝缘损坏的主要原因和表现形式。对运行中的电力变压器的绝缘状态进行在线监测，根据获得的反映变压器运行状态的各种信息可有效地发现其内部绝缘的固有缺陷和长期运行使绝缘老化而产生的局部隐患。因此，国内外普遍认为，在线监测变压器的局部放电是保证电力系统安全运行的有效手段。 　　2.局部放电的产生及分类 　　电力变压器的内部故障初期都将产生局部放电，同时，在电气设备中绝缘体各区域承受的电场一般是不均匀的，加之在制造过程中残留的一些气泡或其它杂质也会造成绝缘体内部或表面出现某些区域电场强度高于平均电场强度，当这些区域的击穿场强低于平均击穿场强时，将会首先发生放电，而其它区域仍保持绝缘特性，从而形成局部放电。 　　所谓“局部放电”是指在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电而并没有形成贯穿性放电通道的一种放电。产生局部放电的主要原因是电介质不均匀时，绝缘体各区域承受的电场强度不均匀，在某些区域电场强度达到击穿场强而发生放电，而其它区域仍然保持绝缘的特性。大型电力变压器基本采用油—纸复合绝缘及油—屏障绝缘结构，局部放电一般发生在绝缘薄弱或电场强度偏高的部位。按部位来分，变压器局部放电主要发生在引线接线处、纸板、压板、围屏、端部油楔、金属尖端、变压器油以及套管等部位。 　　从局部放电发生的位置、放电过程和显现来看，局部放电可分为内部局部放电、表面局部放电和电晕放电三种。 　　a.内部局部放电 　　造成内部放电的常见原因是固体绝缘体内部存在气隙或液体绝缘内部存在气泡。绝缘内部气隙发生放电的机理随气压和电极系统的变化而异。 　　（1）按照放电机理，局部放电分为三类： 　　l）汤逊放电，以电子碰撞电离为主，电子崩中电子数目小于108个。放电条件是当空隙中场强在放电起始场强和临界场强之间时存在有效自由电子。临界场强是指当电子崩由于空隙壁上沉积的表面电荷足够多而使放电停止时，这些表面电荷产生的场强。 　　2）流注放电，以光电离为主，空隙中存在起始电子且流注条件得以满足时发生的放电。要求空隙直径必须大于流注直径四倍以上，以便于流注的传播。 　　3）热电离放电，以热电离为主，当温度大于1000℃以上时发生。 　　（2）根据放电的表现形式，局部放电可分为： 　　①脉冲型火花型：持续时间1—100ns，包括低幅度、上升时间较缓慢的汤逊型火花放电和大幅度、快上升时间的似流注火花放电。 　　②放电和非脉冲型辉光放电：具有无脉冲性质，占据半个工频周期的大部分区域。 　　③亚辉光放电：也称群放电，存在小幅度的离散脉冲，是辉光放电和火花放电之间的过渡形式。 　　三种放电形式的存在和转变与气隙大小、气隙上的过电压、气压等有关。辉光放电或亚辉光放电多发生在小气隙或气泡和低过电压情况下。而当存在大气隙和高过电压时，电子崩可以充分发展，容易产生火花脉冲放电。气隙不变，过电压增大，辉光放电、亚辉光放电向火花放电转变。在短气隙局部放电中，三种形式的放电均以电子崩碰撞电离为主，属于汤逊放电，可以较明显地分辨电子电流和离子电流。高过电压下，由于阴极发射增强，局放电流以电子电流为主，离子电流所占比重不大。低过电压下，电子电流显著减少，光电离作用突出，离子电流增大，造成放电电流尾部加长，所产生的汤逊脉冲放电表现为低幅值、慢上升时间的小脉冲，放电量相对较小。而在大气隙中，放电脉冲多属于流注型，幅值大，上升沿陡，放电量较大[1—3]。 　　b.表面局部放电 　　在电气设备的高电压端，由于电场集中，而且沿面放电场强又比较低，往往会产生表面局部放电；绝缘体表面放电的过程及机理与绝缘内部气隙或气泡放电的过程及机理相似，不同的是放电空间一端是