山東大學電氣工程學院、國網山東省電力公司經濟技術研究院的研究人員張開放、張黎、李宗蔚、趙彤、鄒亮，在2019年第15期《電工技術學報》上撰文指出，沿面放電是高頻變壓器中常見的一種故障類型。為研究氣-固絕緣在高頻正弦電應力下的沿面放電現象及特徵，搭建了針-板電極高頻沿面放電實驗平臺。採用恆壓法開展實驗，獲得了不同階段的放電發展形態、放電特徵參量、放電譜圖和表面損傷狀況。
研究結果表明：沿面放電錶現出很強的極性效應，正半周期放電次數和放電幅值均大於負半周期；高頻電應力下聚醯亞胺沿面放電發展經過電暈放電-流注放電-沿面閃絡，沒有火花放電現象，且沿面閃絡對薄膜的破壞遠大於工頻電應力；絕緣表面伴隨著凸起和「晶狀固體」生成，畸變電場結構，影響放電發展，導致在放電的不同階段，放電幅值、次數、相位譜圖均呈現出特定的變化規律。
高頻電力變壓器（High Frequency Power Transformer, HFPT）也稱固態變壓器，在電壓變換和能源傳遞方面優勢明顯，具有廣闊的應用前景。為保證設備小型化和工作高效率，高頻變壓器絕緣結構多採用空氣-固體絕緣材料。HFPT工況複雜，體積小，使得HFPT電磁耦合度高，趨膚效應明顯，高頻絕緣易於過早失效。
由於沿面閃絡場強遠小於相同間隙的氣隙擊穿場強，導致HFPT尖端放電缺陷處更容易發生沿面放電，造成絕緣損壞和過早失效，因此有必要開展高頻電應力下氣-固絕緣沿面放電研究，對提高HFPT的運行可靠性具有重要意義。
國內外學者對工頻、直流、交直流複合等電應力下絕緣介質分界面的沿面閃絡發展過程進行了大量研究。現有研究表明，放電特徵參數的變化可以反映材料的絕緣狀況。
有學者研究了工頻電壓下的沿面放電過程，發現工頻電壓出現沿面電樹枝現象，這是由於電暈導致的發光和二次電子崩以及紙板的脫水和碳化產生的。有學者研究了真空和大氣條件下，直流電壓作用時的環氧樹脂絕緣沿面閃絡特性及其閃絡電壓變化規律。有學者研究了交直流複合電場下油紙絕緣沿面放電現象，與純交流和純直流單獨作用時有明顯不同。有學者分別研究了變頻調速牽引電機使用的方波電壓和工頻電壓作用下，表面放電對聚醯亞胺薄膜和油紙絕緣材料的電氣損傷特性。有學者研究了納秒脈衝下的絕緣沿面閃絡特徵，表明重複脈衝的閃絡場強與單脈衝作用時有明顯區別。另外空間電荷積聚與耗散對沿面放電有顯著影響。以往對於沿面放電的研究多為工頻、交直流複合電壓和脈衝方波（10kHz以下）等電壓波形，針對的是油浸式變壓器或變頻調速牽引電機的絕緣沿面放電缺陷，鮮有針對高頻電力變壓器氣-固絕緣沿面放電問題的研究。高頻電力變壓器工作電壓波形具有頻率高（10kHz以上）、幅值大、上升時間短等特點，其沿面放電現象及特徵不同於工頻變壓器和變頻調速牽引電機。高頻正弦電應力下氣-固絕緣的沿面放電現象及特徵尚需深入研究。
針對上述問題，本文設計了針-板電極高頻沿面放電實驗平臺，研究了高頻正弦電應力下氣-固絕緣（空氣-聚醯亞胺）的沿面放電現象及特徵，給出高頻沿面放電發展形態並與工頻電壓作對比，分析了不同損傷階段的放電次數、幅值和相位分布變化規律，對不同損傷階段的聚醯亞胺薄膜進行掃描電鏡（Scanning Electron Microscope,SEM）與能譜（Energy Dispersive Spectrdmeter,EDS）測試，並結合絕緣表面形貌變化，闡釋了高頻電壓對絕緣沿面放電的影響機理，為高頻變壓器絕緣結構設計和絕緣狀態的在線監測提供理論依據和工程指導。
圖1 沿面放電實驗平臺示意圖
圖3 高頻沿面放電發展過程
圖14 高頻沿面放電發展總結
本文研究了高頻電應力下氣-固絕緣沿面放電現象、沿面放電發展過程中放電特徵量的變化規律以及絕緣表面形貌的物化特性和微區成分變化，分析了空間電荷與表面形貌對沿面放電發展的影響，得出以下結論：
1）高頻沿面放電發展後期，放電從流注等離子體通道直接演變成直線型的沿面閃絡，並沒有出現工頻下的火花放電現象，並且高頻沿面閃絡對絕緣材料的破壞遠大於工頻電壓。2）高頻沿面放電在極性反轉處出現的放電次數最多，放電量大，對絕緣的破壞更嚴重。高頻沿面放電正半周期的放電次數和放電幅值都明顯大於負半周期。同時隨著損傷程度的加深，放電幅值和放電次數均呈現增大趨勢。3）高頻沿面放電絕緣材料在高能粒子轟擊和高溫作用下，表面會產生凸起、裂紋等物理缺陷；同時有機分子鏈內的化學鍵斷裂分解，聚合物基體活性增高，易發生氧化反應生成晶瑩狀的固體顆粒。這些物化缺陷，使表面可脫陷的電荷數量增多，導致放電次數增大。