变压器典型缺陷模型研制

王涛 齐超 杨世博 欧阳宝龙 李增福 冯士桀 王志远

摘要：本文认真分析总结变压器设备常见缺陷，以无局放、实际尺寸的电网设备为基础，预置各类代表性的人工缺陷，通过局部放电试验验证其信号稳定性，保证其能够真实反映电网设备在现场的实际缺陷情况。

关键词：变压器；缺陷；人工缺陷

1 变压器缺陷模型研制

为保证真实反映局部放电信号在变压器内部的传播机理，本项目设计了一个真型变压器实验研究平台，由变压器制造厂按照真实S10-10000/110型110kV变压器的尺寸特制而成，其绝缘结构与实际变压器相同，能够模拟局部放电、局部过热缺陷和绕组变形等缺陷，其内部局部放电信号传播机理与真实变压器相同，如图1所示。

外观图 b）内部结构

图1 缺陷模型外观图

局部放电典型缺陷的模拟。平台可以模拟悬浮放电、内部放电、尖端放电和沿面放电四种典型局部放电缺陷类型，四种放电模型可以预置在变压器内部，通过手孔进行更换，也可以通过绝缘杆从变压器上部手孔投放到需要的位置。

局部过热缺陷的模拟。利用电流流过电阻元件产生损耗转化为热能的性能，在变压器低压侧引线与套管间串接一电阻率较大的导体，并在该导体表面进行绝缘覆盖降低其散热能力，模拟局部过热性故障。

2 局部放电带电检测技术有效性试验研究

研究特高频和高频CT法两种变压器常用的变压器局部放电检测技术。

（1）特高频法

其典型图谱如图2所示（以为沿面放电例），其主要特征如表1所示。

a）PRPS图谱 b）PRPD图谱 c）频谱图

图2 变压器特高频局部放电缺陷典型图谱（沿面放电）

表1 变压器四种缺陷放电的特高频图谱特征

缺陷类型	超声波图谱特征
悬浮放电	主要发生在工频周期的90°及270°附近，能量主要集中在150M-300MHz频段，随着放电量的增加，150MHz-600MHz低频含量增大，可以达到接近90%，600MHz-1.25GHz高频含量减少，几乎降为0；放电量越大，局放信号中的低频含量越高。
尖端放电	发生在放电的负半轴270°附近，频域特性较典型，600MHz-900MHz频段含量最高，300MHz-600MHz其次，150MHz-300MHz和900MHz-1.25GHz频段内含量很少；随着放电量的增加150MHz-600MHz低频含量增大，600MHz-1.25GHz高频含量减少。
沿面放电	发生在电压的上升沿，即45°-90°和225°-270°，与尖端放电类似，在600Hz-900MHz的频段范围内含量更高；随着放电量增加，150MHz-600MHz低频含量增大，600MHz-1.25GHz高频含量有减少的趋势，即放电量越大，局放信号中的低频含量越高。
气隙放电	起始放电仅发生在负半周；然后放电在正半周出现，随着电压增加或时间延长局放量增加，放电更为剧烈，正负半周脉冲密集且等幅，但不对称。能量分布主要集中在150MHz-300MHz的频段内，放电强度变大，低频含量减少，高频含量增大。

（3）高频法

其典型图谱如图3所示（以为悬浮放电例），其主要特征如表2所示。

a）PRPD图谱 b）频谱图 c）等效时长-等效频宽图

图3 变压器高频局部放电缺陷典型图谱（悬浮放电）

表2 变压器四种缺陷放电的高频图谱特征

放电类型	高频图谱特征
尖端放电	具有典型的相位特征，相位会随着放电量的增大而前移，频谱峰值较为集中，随电压变化不大。20M以上频谱分较大，存有两个以上频谱峰值。
悬浮放电	具有典型的相位特征，其分类图其等效时长随放电量增大而减小，等效频率也同时减小。频谱图变化不大，20M以上特征参数较少。
沿面放电	具有典型相位特征，沿面放电频谱特性较为丰富，10M左右的频谱分量较为丰富，且在20M以及上均存在频谱分量，且存在较多的频谱峰值。
气隙放电	放电起始位置比其他类型放电更靠前，其分类图随着放电量增大逐渐收缩；在高频阶段，除共有的5M左右的高频脉冲峰值之外，在23M左右存有一脉冲波形，不过相对较小。

3 结论

本文进行了110kV变压器局放模型的制作，该变压器与实际尺寸结构相同，绝缘类型相同。通过模拟四种不同类型的缺陷，并采用特高频法与高频法进行验证，证明了模型的可靠性和实用性，对培训和研究具有重要意义。

参考文献

[1]高超飞,刘旭,王伟,于雷,商超.变压器局放超声传播FEM仿真分析[J].电网与清洁能源,2017,33(10):14-22.