超高压和UHV变压器的绝缘电场强度接近设计极限，高电场强度下局部放电引起的击穿过程具有快速发展的特点。许多“快速发展”的放电故障案例在出厂和交接试验中频繁发生，即从检测到局部放电到主绝缘击穿或接近击穿仅需要几分钟，给变压器运行造成极大隐患。
为探究“快速发展”放电故障的成因及其对油纸绝缘的破坏特征，国家电网电力科学研究院输变电设备及系统安全与新技术国家重点实验室、武汉南瑞股份有限公司的魏一恒、杨丽君、徐志仁、杨旭、刘一在《电工技术》杂志2022年第4期撰文，重点研究了针-板电极下油纸绝缘的放电发展过程。
研究人员期望通过观察不同电场强度下油纸绝缘从放电产生到击穿的整个故障过程中纸板损伤痕迹的发展变化，分析“普通”和“快速发展”放电故障对油纸绝缘的损伤特征，从而实现对“快速发展”放电故障的诊断和预警。
超高压和UHV变压器的绝缘电场强度接近设计极限，具有高电位差、高电场强度的特点，容易因局部缺陷引起放电。与低压变压器中的“普通”局部放电相比，它呈现出一些新的放电特征。在UHV和UHV变压器的出厂和交接试验期间，多次发生从检测到局部放电到主绝缘击穿或接近击穿仅用几分钟的“快速发展”放电故障。与“普通”放电故障相比，这类故障具有初始电场强度高、发展迅速、绝缘板上出现不可逆的树枝状损伤痕迹等特点，对设备的安全运行构成极大威胁，目前尚无良好的预警方法。
目前，国内外对利用局部放电的特征参数来表征放电发展的严重程度进行了大量的研究。但都是针对长期发展过程中局部放电特征参数的变化趋势。但是由于放电故障的快速发展，会出现一些新的特征，这些特征是以往的研究成果所不能表征的。
研究表明，对于UHV和UHV变压器中的油纸绝缘结构，在短时过电压下，一旦形成局部放电，将迅速发展为树枝状放电，最终导致绝缘纸板击穿。由于“快速发展”的放电故障会在短时间内导致变压器故障，其产气速度远快于气体溶解速度，且由于放电量大，对纸板的损害极其严重。进行局部放电监测时，可能会出现测量仪器的极限值。因此，油中溶解气体和视在放电等传统监测方法适用性较差。
因此，研究"快速发展型"放电故障的成因，探索"普通型"和"快速发展型"放电故障的界定方法，分析"快速发展型"放电故障在油纸绝缘损伤上的新特征，实现此类放电故障的诊断和预警具有重要价值。
重庆大学和国网电力科学研究院武汉南瑞公司的研究人员研究了极不均匀电场下油纸绝缘的U-t特性曲线和电寿命模型，提出用U-t特性曲线区分“普通”和“快速发展”放电故障。结果表明，在极不均匀电场下油纸绝缘的U-t特性服从反函数模型，不同电场反函数模型中耐压指数N的值可以作为区分两种放电类型的依据。
图1 局部放电监测及碳痕发展观测平台图2 电极模型结构和实物研究人员指出，从油纸绝缘的损伤痕迹来看，“快速发展”和“普通”放电有相似之处，也有各自的特点:两种放电都会产生电晕和闪放电，并伴有白点和气体产生；不同的是，“快速发展”放电发展迅速，对纸板造成严重损伤，表面产生明亮的放电通道和树枝状碳痕，而“普通”放电发展相对较慢，对纸板损伤较小，仅在针尖处产生点状碳痕。
图3 普通型放电下纸板损伤痕迹发展过程图4 普通型放电下纸板击穿后的正反面形图5 快速发展型放电下纸板损伤痕迹发展图6 快速发展型放电下纸板击穿后的正反树枝状碳痕是“快速发展”放电故障的主要特征，其生长分为快速生长和缓慢生长两个阶段，符合绝缘材料中电树枝的生长规律。研究结果可为区分“快速发展型”和“普通型”放电故障提供参考，为掌握“快速发展型”放电故障规律并进行有效预警和诊断奠定基础。
本文编译自《电工技术学报》2022年第4期。论文题目是“快速发展的放电故障及其对油纸绝缘的破坏特征”。作者有魏一恒、杨丽君等。
