變壓器絕緣故障淺析

趙繼偉　佐明

摘 要：變壓器是一種靜止的電器，它利用電磁感應(yīng)作用將一種電壓﹑電流的交流電能，轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓，電流的電能。變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。本文，對(duì)變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，并對(duì)影響絕緣的因素進(jìn)行了分析及提出預(yù)防措

關(guān)鍵詞：耐受電壓 ；變壓器絕緣；防御措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.053

1 變壓器絕緣介紹

眾所周至，絕緣材料與線圈用的銅、鐵心用硅鋼片一并是變壓器中最重要的材料，尤其是變壓器絕緣的性質(zhì)直接影響變壓器運(yùn)行的可靠性和使用年限。絕緣材料又稱電介質(zhì)，是電阻率高、導(dǎo)電能力低的物質(zhì)，用于隔離帶電或不同電位的導(dǎo)體，使電流按一定的方向流通，在變壓器中，絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮和保護(hù)導(dǎo)體等作用。絕緣材料的使用效率直接影響到變壓器的成本。絕緣主要使用層壓紙板和層壓木，其制造過程是由紙、布及木質(zhì)單板做底材，浸涂不同的膠粘劑，經(jīng)熱或卷制成層狀結(jié)構(gòu)。層壓制品的性能取決與底材和膠粘劑的性能及其工藝。

電力變壓器的絕緣可分為內(nèi)絕緣和外絕緣。外絕緣是指油箱外面套管相互間的空氣絕緣，套管導(dǎo)電部分對(duì)儲(chǔ)油柜、冷卻裝置及其它接地部分的空氣絕緣。內(nèi)絕緣是指繞組間的絕緣：包括主絕緣、縱絕緣及引線的絕緣。電力變壓器的主絕緣是指同一鐵心柱中各繞組間的絕緣、相間絕緣、繞組與油箱、繞組與鐵心間絕緣、繞組與鐵軛間的絕緣。無論哪種類型的變壓器，其主絕緣結(jié)構(gòu)都是十分重要的，它既影響到運(yùn)行的可靠性，也是決定產(chǎn)品成本及其技術(shù)先進(jìn)性等的主要因素。合理地設(shè)計(jì)變壓器主縱絕緣結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器安全可靠運(yùn)行起著重大作用，對(duì)降低變壓器重量和成本也有重要意義。

2 變壓器絕緣故障的分析

變壓器絕緣故障的根本原因有三個(gè)：溫度、濕度、過電壓。

2.1 溫度

變壓器為油、紙絕緣結(jié)構(gòu)，在不同的溫度下油與水有著不同的平衡關(guān)系，一般的情況下，隨著溫度的不斷升高，紙中的水分會(huì)向油中轉(zhuǎn)移，相反，油中的水分向紙析出。所以，溫度升高變壓器油中的水分會(huì)比較大，溫度低時(shí)，油中水含量較少。對(duì)于絕緣材料來說，經(jīng)過研究，溫度不同時(shí)，會(huì)改變纖維素的分解并產(chǎn)生CO與CO2等有機(jī)氣體，隨著溫度的升高，氣體的產(chǎn)生呈現(xiàn)為指數(shù)規(guī)律變化。油中的氣體含量與絕緣的老化有著直接關(guān)系，所以可以將測量氣體變化來判斷變壓器是否出現(xiàn)異常。IEC（國際電工委員會(huì)）認(rèn)定A級(jí)絕緣變壓器在80—140溫度變化內(nèi)，每提高6度，變壓器的壽命會(huì)降低一半，這就是著名的6度定則。

2.2 濕度

變壓器中濕度的增加可以加速絕緣中纖維素的降解，所以濕度越高，分解出的有機(jī)氣體越多。而油中的水分，對(duì)油的電氣性能和理化性能都有著極壞的影響。對(duì)某些變壓器，特別是中小型變壓器由于呼吸作用，使水分和潮氣進(jìn)入變壓器油中.這樣會(huì)大大降低油的耐電強(qiáng)度，從而可能引起線圈對(duì)油箱或鐵芯構(gòu)件的擊穿. 變壓器長時(shí)間過載可引起變壓器油的老化，油溫過高會(huì)加速油泥、水分及酸的生成.

2.3 過電壓

當(dāng)作用在絕緣上的電場強(qiáng)度超出了絕緣能承受的最大場強(qiáng)就會(huì)發(fā)生絕緣故障。本文中涉及的場強(qiáng)主要為作用電場強(qiáng)度（簡稱作用場強(qiáng)）和耐受電場強(qiáng)度（簡稱耐受場強(qiáng)）兩種。其中作用場強(qiáng)可分三大類，雷電沖擊作用場強(qiáng)（LI）、操作沖擊作用場強(qiáng)（SI）和工頻作用場強(qiáng)（AC）。這三種類型作用場強(qiáng)因絕緣成分不同，各自的耐受場強(qiáng)也不同。 而絕緣發(fā)生故障的原因按作用場強(qiáng)和耐受場強(qiáng)的抗衡關(guān)系可分為2種情況：

⑴作用場強(qiáng)過高。例如110kV和220kV降壓變壓器的第三繞組（10kV或35kV繞組）在雷擊時(shí)出現(xiàn)作用場強(qiáng)高于變壓器本身的正常耐受場強(qiáng)，引起雷擊損壞的絕緣故障。雷電過電壓，由于波頭較陡，會(huì)引起線圈匝間電壓分布不均，可能會(huì)在絕緣上產(chǎn)生局部放電，從而損傷絕緣。

⑵絕緣性質(zhì)改變引起的耐受場強(qiáng)下降。例如變壓器生產(chǎn)過程中絕緣損壞，或者是各種情況下絕緣受潮，對(duì)油紙絕緣中的水分，操作沖擊比雷電沖擊敏感 。而且由于操作過電壓的波頭比較平滑，電壓的分布曲線會(huì)近似為線性，產(chǎn)生的過電壓波在兩個(gè)繞組間轉(zhuǎn)移時(shí)，與兩個(gè)線圈之間的匝數(shù)基本成正比，這樣容易對(duì)主絕緣或相間的絕緣產(chǎn)生損壞。

3 變壓器制造過程中的防御措施

根據(jù)前文的分析，我們可以得出，如何去減少變壓器絕緣故障的發(fā)生在于兩個(gè)方面，一是嚴(yán)格的限制自由水的含量，二是減少自由水局部集積現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以，變壓器制造過程中我們可以從以下三點(diǎn)內(nèi)容，在絕緣故障發(fā)生前進(jìn)行防御。

（1）在設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行變壓器絕緣結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中，要保證工作場強(qiáng)的均勻分布，并且在絕緣用料總量一定的境況下盡可能的降低場強(qiáng)。列如，在設(shè)計(jì)過程中，匝間工作場強(qiáng)一般不大于2kV/mm。

（2）變壓器制造中的真空干燥階段，一般采用煤油氣相干燥，固體絕緣中的含水分含量應(yīng)小于0.5%，基本上不含自由水。

（3）變壓器制造中的真空注油階段，由于變壓器油中含水量相對(duì)較多，注油時(shí)可能與油接觸的任體絕緣，都會(huì)吸附一定的水分，所以在注油后，應(yīng)采用各種工藝清除這些自由水。在注油前要檢查油中水分含量，在一般情況下，含水量必須小于10mg/L.

4 結(jié)論

本文對(duì)變壓器絕緣損壞的因素進(jìn)行分析，系統(tǒng)的闡述了變壓器絕緣的損壞的發(fā)生過程和預(yù)防措施。變壓器是電力電網(wǎng)中主要設(shè)備之一，延長絕緣的使用壽命，減少由于絕緣損壞引起的質(zhì)量問題，直接關(guān)系到變壓器的成本和在電網(wǎng)中運(yùn)行的費(fèi)用。因此，在變壓器運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)工作，如對(duì)變壓器油的定期分析、限制變壓器的過熱等，從而延緩變壓器的使用壽命.雖然變壓器絕緣的老化和損壞是一個(gè)不可避免的過程，但盡可能降低故障的發(fā)生，將成為今后研究的主要方向。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：趙繼偉（1986-），男，吉林吉林人，職務(wù)：技術(shù)支持，研究方向：變壓器絕緣相關(guān)。