淺析油浸式變壓器的局部放電問題

蔣燕 王新衛(wèi)

引言：本文主要介紹了油浸變壓器局部放電的概念、產(chǎn)生根本原因、相關(guān)因素。分析了變壓器局部放電對變壓器絕緣的危害，并通過實際設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)驗闡述了減小變壓器局部放電的具體措施及注意事項。

電力變壓器是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的設(shè)備之一，它的安全運行歷來是制造部門十分重視的問題。而變壓器內(nèi)部絕緣由于各種原因，在一定的電壓下，內(nèi)部了發(fā)生局部的、重復(fù)的擊穿和熄滅現(xiàn)象。這種局部放電發(fā)生在一個或幾個很小的空間，放電的能量是很小的，局部放電的存在并不影響電氣設(shè)備的短時絕緣強度。但變壓器在運行電壓下，如在不可恢復(fù)的絕緣中存在局部放電現(xiàn)象，這些微弱的放電能量和由此產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，可以慢慢損壞絕緣。久而久之，最后導(dǎo)致整個絕緣被擊穿，威脅到變壓器的安全穩(wěn)定的運行，這一現(xiàn)象的危害性已逐漸被人認識。2003年以前，國標規(guī)定110KV局部放電試驗為型式試驗，而在2003年，國標GB1094.3-2003最新規(guī)定110KV變壓器的局部放電試驗為例行試驗，正是為了提高電氣設(shè)備運行可靠性而提出的。

一、變壓器的局部放電概念

（一）“局部”的兩個意義

1.變壓器中某一個位置或若干位置發(fā)生的小區(qū)域的放電現(xiàn)象；

2.指絕緣的巨大表面的某一點或若干點放電，但放電點并沒有構(gòu)成電極間的擊穿。

（二）局部放電的根本原因

1.電場的存在（必要條件），場強要達到一定程度（充分條件）即可能發(fā)生局部放電；

2.變壓器絕緣存在薄弱點，承受不了該處的場強。

二、產(chǎn)生局部放電的具體原因及相關(guān)因素

（一）電場集中。電場集中包含了電極、絕緣結(jié)構(gòu)、線圈及引線結(jié)構(gòu)、電場疊加等方面的內(nèi)容。

1.電極的形狀：電極對平面與尖角是不同的。電荷集中在電極表面，若電荷密度能平均分配，則電場相對均勻，若電荷不平均則電荷多的，場強較高。而且無論是帶電的電極還是不帶電（零電位）電極，也包括絕緣件，其表面的曲率半徑，對場強的影響都是重大的。因此在變壓器結(jié)構(gòu)中高場強處，無論是鐵件還是絕緣件都需倒棱、倒圓角、無毛刺。

2.絕緣結(jié)構(gòu)是否合理，線圈的形式是否合理。以絕緣結(jié)構(gòu)為例：110KV器身絕緣中盡量避免楔形油隙；在減小主空道時，注意增加低壓線圈匝絕緣厚度；在高壓線圈內(nèi)側(cè)增加內(nèi)墊紙條1mm，降低線餅輻向場強，以提高撐條表面放電電壓的目的。

3.電場疊加問題，在同一時間兩波相加電場強，兩波相減電場弱。電場疊加主要反映在線圈出頭布置，引線走向的布置。如：異相引線的交叉，就可能引起局部的電場疊加。使該處場強很強。引線交叉的地方，盡可能拉開距離，防止疊加場強。在有載調(diào)壓分接引線中，如高電壓等級分接范圍±8×1.25%中，引線的排列不能讓分接頭1和分接頭8放在一起，這樣兩者之間電場強度大，應(yīng)盡量減小兩個引線之間的電壓差，從而減小場強。

（二）懸浮電位。即在變壓器中，沒有確定電位的金屬件或金屬異物。大多數(shù)沒有確定電位的金屬件在電場中都存在感應(yīng)電位，帶有感應(yīng)電位的金屬件就可能有局部放電現(xiàn)象，甚至與其周圍絕緣件發(fā)生擊穿。懸浮電位在發(fā)生局部放電后，瞬時可將電位降到零，然后再感應(yīng)，再放電使周邊絕緣件的絕緣能力逐步下降。其特點是：一開始并不顯現(xiàn)出來，一但對周邊絕緣發(fā)生侵蝕作用，發(fā)展就會迅速起來，所以及其危險。變壓器中懸浮電位通常有：

1.金屬異物：主要是操作不慎掉入器身中的異物；

2.夾雜上絕緣材料中的金屬粉塵等；

3.不可靠接地及不可靠的電位點；

（三）氣泡。氣泡是指變壓器的油中或固體絕緣件中的空腔里夾雜的空氣。它與油中溶解氣體是不同的概念。變壓器油含氣量的概念是指溶解在油中氣體的量，它無論多大，只要無分離出來氣泡，則對局放是沒有影響的。一旦分離出氣泡對局部放電的影響很大。由于氣泡的容腔是氣體，在交流電場的作用下復(fù)合絕緣中分擔的場強與材料的介電常數(shù)成反比，即E1×ε1= E2×ε2，空氣的介電常數(shù)ε1近似于1，油的介電常數(shù)ε2似近于2.2，因此氣泡存在使電場非常不均勻，大部分集中到氣泡上，氣泡首先游離放電，增大放電量。在變壓器中，粘貼絕緣件時，用膠用漆都不應(yīng)過多，將多余的膠瘤去掉，否則膠鼓起，里夾有氣泡，引局部放電。油浸式變壓器中，氣泡主要包括：

1.油中氣泡；2.層壓絕緣件中空腔；3.注塑件（如螺桿、螺母）中的蜂窩孔；4.漆瘤、膠瘤、電木筒氣泡等。

三、減小局部放電的具體措施

隨著變壓器的設(shè)計和工藝制造質(zhì)量的逐步發(fā)展，變壓器局部放電的視在放電量已從20世紀80年代開始時上千PC逐步下降至小于500PC，甚至更低。由于各個企業(yè)的技術(shù)條件及生產(chǎn)，工藝條件的不盡相同，其局部放電量是不一樣的。廠家可實際生產(chǎn)經(jīng)驗采取一定的措施，盡力降低局部放電量。

（一）制造材料的選用，變壓器銅線應(yīng)光滑，無毛刺；絕緣材料無氣孔及雜質(zhì)、異物。

（二）在選用組件時，要對組件進行嚴格檢查，保證組件（如，開關(guān)，套管等）本身的局部放電量要足夠低。

（三）設(shè)計時，從消除電場集中上下功夫，要控制各部分電場強度在允許的范圍內(nèi)。如確定零部件倒角的尺寸、位置；特別要注意引線電場強度的控制，選擇引線的截面及形式，引線的排列方式，各部位的絕緣距離等。

（四）在工藝制造過程中，要特別注器身中各部件的清潔，決不允許帶入任何金屬異物；作業(yè)環(huán)境要潔凈；產(chǎn)品真空干燥處理水平要適應(yīng)各電壓等級的要求，嚴格按工藝要求執(zhí)行；變壓器裝配中使用的各個金屬零部件，絕對不允許出現(xiàn)懸浮。

（五）在裝配過程中要注意各個附件的清潔度，對外購件進行檢查，對自行加工的零部件，也必須做到干凈清潔。特別是焊接件、金工件，要徹底清理加工過程中所殘留的異物和雜物，也要注意在總裝過程中，新產(chǎn)生的金屬性異物的收集與清理。

（六）變壓器總裝配后，必須在高真空的條件下（如133Pa）進行注油，而且在整個注油過程中，都要保持這個真空度。注油結(jié)束以后的補油，也應(yīng)在真空狀態(tài)下進行。變壓器注油后，要有相當長的時間的靜放，對于110kV等級變壓器至少靜放時間為36小時，使變壓器中可能殘存的氣體被變壓器油充分吸收，避免在進行局部放電試驗時發(fā)生氣體放電。

（七）選擇合適的試驗方法及適當?shù)钠帘未胧Ｗ儔浩骶植糠烹娫囼炦^程中對局部放電影響也很大。

1.試驗時，應(yīng)盡量消除環(huán)境外部干擾。試驗電源用可控硅勵磁；試驗站應(yīng)埋設(shè)專門的接地網(wǎng)；外部設(shè)備用電引起的干擾，可避開吊車滑線，上下閉合。

2.套管式電流互感器、套管未屏是否接地；

3.試驗高電壓端加裝屏蔽等等。

四、結(jié)論

綜上所述，影響變壓器局部放電的因素很多，主要有三點：⑴材料的純凈；⑵產(chǎn)品設(shè)計的絕緣結(jié)構(gòu)；⑶工藝處理（除水、除汽、除雜質(zhì)）。從產(chǎn)生局部放電的原因及部位分析，引起變壓器局部放電的關(guān)鍵因素有四個方面：⑴導(dǎo)電體及非導(dǎo)體的尖角毛刺；⑵固體絕緣的空穴、縫隙中的空穴及油中微量的氣泡；⑶高電場下產(chǎn)生的懸浮電位的金屬物；⑷絕緣體表面的灰塵及臟物。它們之間互有影響，環(huán)環(huán)相扣，并不是孤立的。應(yīng)從設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、操作、管理各方面采取措施，嚴格控制。使變壓器整個工藝過程均在可控的條件進行，這樣才能使變壓器的局部放電的量值更低一些，才能生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

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