變壓器絕緣表面沿面放電問題

崔麗麗　韓旭東

摘 要：介紹了引起變壓器絕緣表面沿面放電的結(jié)構(gòu)原因，變壓器絕緣表面沿面放電的兩個(gè)主要因素，概述了防止變壓器絕緣表面發(fā)生沿面放電的措施。

關(guān)鍵詞：變壓器；沿面放電；爬電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.180

1 前言

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在變壓器的各類故障中由絕緣結(jié)構(gòu)引起的故障仍占較大比重。因此解決好絕緣表面沿面放電問題對(duì)變壓器的安全運(yùn)行非常重要。

2 絕緣表面沿面放電的結(jié)構(gòu)原因

變壓器中同時(shí)采用油和固體絕緣材料，因此存在著沿固體和液體介質(zhì)分界面上的放電問題。其結(jié)構(gòu)基本上可以分為兩種，如圖所示：圖1中電力線基本沿著固體和液體的分界面，即相對(duì)于切線分量而言法線分量很小，固體介質(zhì)的存在并不改變電極間的放電途徑；圖2中，電力線穿過固體和液體介質(zhì)的交界面，切線分量和法線分量同時(shí)存在，此時(shí)兩電極間的放電途徑因固體介質(zhì)的存在而發(fā)生改變。圖2所示結(jié)構(gòu)是切線分量和法線分量同時(shí)存在的可滑閃結(jié)構(gòu)，因此圖2結(jié)構(gòu)的擊穿電壓比單純存在切線分量的圖1結(jié)構(gòu)的擊穿電壓要低得多。（圖中虛線為沿面放電路徑）

當(dāng)滑閃開始后，絕緣間隙距離不再起多大作用，因此在施加試驗(yàn)電壓的情況下，不允許發(fā)生滑閃放電?；W結(jié)構(gòu)放電電壓和電極的幾何形狀以及固體絕緣的密度有關(guān)。圖3為兩種不同幾何形狀電極的試驗(yàn)裝置。將其浸泡在油中，施加50Hz工頻電壓，加壓間隔為5～10s，直至放電發(fā)生。結(jié)果表明b型電極比a型電極的放電電壓約低20%，而且放電電壓隨著紙板的密度的增加而降低。因紙板密度增加，其相對(duì)介電常數(shù)ε也相應(yīng)增大，這樣使與紙板相鄰的油隙的電場(chǎng)強(qiáng)度增大。在變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要仔細(xì)地考慮電極形狀和選擇合適的絕緣紙板的牌號(hào)。

3 引起變壓器絕緣表面沿面放電的因素

在變壓器絕緣試驗(yàn)中能夠發(fā)現(xiàn)絕緣表面發(fā)生沿面放電現(xiàn)象。引起沿面放電的主要因素有兩個(gè)：

（1）存在高電場(chǎng)強(qiáng)度的局部區(qū)域或“點(diǎn)”，高電場(chǎng)強(qiáng)度使其表面的變壓器油發(fā)生游離，產(chǎn)生帶極性的電荷，這是引起各種放電現(xiàn)象的根源；

（2）在絕緣表面存在著電場(chǎng)的沿材料表面和垂直材料表面的分量，也就是電力線和絕緣材料表面有一個(gè)小于直角的相交點(diǎn)，電荷在電力線的沿面分量的推動(dòng)下向前運(yùn)動(dòng)，電荷在向前移動(dòng)的過程中與絕緣材料表面摩擦產(chǎn)生大量的熱量，使絕緣材料表面發(fā)生炭化，出現(xiàn)黑色的爬電痕跡，稱為“黑痕”。當(dāng)產(chǎn)生的熱量不足以使絕緣材料表面發(fā)生炭化，只是使絕緣材料的內(nèi)部發(fā)生分解，產(chǎn)生氣體，造成絕緣材料表面有突起的爬電痕跡，稱為“白痕”。在絕緣材料表面不管發(fā)現(xiàn)了“黑痕”還是“白痕”，都可以認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生過沿面放電。

當(dāng)油流速度過大，造成變壓器油和絕緣材料劇烈摩擦，使油分子分離，負(fù)極性的電荷在絕緣材料表面聚集，使該部分的電場(chǎng)強(qiáng)度超過油的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)就會(huì)發(fā)生沿面放電。當(dāng)絕緣紙板表面受潮使其性能下降，也會(huì)發(fā)生沿面放電。

4 防止變壓器絕緣表面發(fā)生沿面放電的措施

變壓器內(nèi)部的電場(chǎng)狀況比較復(fù)雜，均勻電場(chǎng)很少，繞組的餅間（不包括線餅的兩端）可以認(rèn)為是均勻電場(chǎng)。而同一個(gè)鐵心柱和不同鐵心柱的兩個(gè)繞組之間、低壓繞組和鐵心屏蔽之間則是稍不均勻電場(chǎng)，其他幾乎是極不均勻電場(chǎng)。在極不均勻電場(chǎng)中，很容易出現(xiàn)沿絕緣表面的爬電并進(jìn)而發(fā)生沿面放電，這種放電形式的放電電壓很低。變壓器內(nèi)部極不均勻電場(chǎng)的狀況難以改變，因此該部位的絕緣結(jié)構(gòu)布置合理與否是該電場(chǎng)中絕緣能否承受得住電壓作用的關(guān)鍵問題。在極不均勻電場(chǎng)中，絕緣結(jié)構(gòu)布置一般遵循以下幾個(gè)原則：

（1）盡量降低“尖端”處以及此處油中的電場(chǎng)強(qiáng)度；

（2）盡可能地按等電位來布置絕緣結(jié)構(gòu)；

（3）盡可能延長爬電路徑；

（4）要選用抗爬電性能好的絕緣材料。

5 結(jié)束語

在變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)中，不可避免地存在著“爬電結(jié)構(gòu)”。要提高絕緣結(jié)構(gòu)的放電電壓，一般采用的方法是增加爬電距離或阻礙放電的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[2]嚴(yán)璋，朱德恒.高電壓絕緣技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2001.

作者簡介：崔麗麗（1982-），女，遼寧沈陽人，工程師，主要從事變壓器類產(chǎn)品的研發(fā)和設(shè)計(jì)工作。