變壓器局部放電的產(chǎn)生和控制

中山ABB變壓器有限公司

摘要：66KV及以上變壓器在當(dāng)今社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域無處不用，它跟隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)同步發(fā)展，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展擔(dān)當(dāng)著非常重要的角色。目前，變壓器的運(yùn)行質(zhì)量也是用戶所關(guān)注的焦點(diǎn)。考核變壓器的質(zhì)量指標(biāo)有很多方面，其中，局放試驗(yàn)是66KV及以上變壓器成品出廠例行試驗(yàn)之一。

關(guān)鍵詞：變壓器；試驗(yàn)；放電原因；控制方法

引言

隨著變壓器制造技術(shù)的進(jìn)步，變壓器一般的缺陷都能在制造過程中被檢測(cè)或消除。但在電場(chǎng)作用下，變壓器絕緣系統(tǒng)中絕緣性能薄弱的地方會(huì)被激發(fā)出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，且在制造過程中不易被控制，所以變壓器局部放電測(cè)量成了變壓器試驗(yàn)的重要項(xiàng)目。如，變壓器的心臟部分：線圈，它在制造過程中，如果銅導(dǎo)線或絕緣件有尖角、毛刺，就會(huì)產(chǎn)生局部放電，在線圈高頻焊接中如焊瘤過大，有尖角或線圈不清潔也會(huì)產(chǎn)生局部放電。近年來，變壓器局部放電量的指標(biāo)，起來越被用戶們所關(guān)注，它也是考核變壓器運(yùn)行壽命的重要指標(biāo)之一。因此，測(cè)量考核變壓器局部放電水平，是評(píng)定變壓器絕緣性能的有效方法。幾年來的實(shí)測(cè)表明，局部放電試驗(yàn)是一種能成功地檢測(cè)絕緣中微小缺陷的有效方法，也是考核變壓器能否在工作電壓下長(zhǎng)期安全運(yùn)行的檢驗(yàn)方法，因而局部放電試驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)得到廣泛應(yīng)用。

1 變壓器局部放電試驗(yàn)

對(duì)變壓器局部放電試驗(yàn)，我國在初期階段是對(duì) 220kV級(jí)及以上變壓器執(zhí)行。后來新 IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)設(shè)備最高工作電壓 ≥126kV時(shí)，就要做變壓器局部放電測(cè)量。國家標(biāo)準(zhǔn)也做了相應(yīng)的規(guī)定，對(duì)設(shè)備最高工作電壓 ≥72.5kV，額定容量P≥10 000 kVA的變壓器，如無其他協(xié)議，均應(yīng)進(jìn)行變壓器局部放電測(cè)量。局部放電試驗(yàn)方法按 GB1094.3—2003中規(guī)定 執(zhí)行，局部放電量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)不大于 500pC。但用戶 經(jīng)常要求小于等于 300pC或小于等于 lOOpC，這種 技術(shù)協(xié)議要求，就是企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。我國在大量生產(chǎn) 500kV級(jí)變壓器后，750kV、1 000kV級(jí)超高壓變壓器及超高壓換流變壓器的生 產(chǎn)正在迅速發(fā)展，并躋身于世界發(fā)達(dá)國家行列。因 此，電力部門對(duì)變壓器產(chǎn)品局部放電的要求也越來越高，局部放電引起了生產(chǎn)企業(yè)的高度重視。為進(jìn) 一步提高變壓器的產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)油浸式變壓器 在生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的局部放電問題進(jìn)行了探討，并對(duì)降低變壓器局部放電量提出了具體措施。

局部放電主要是變壓器在高電壓的作用下，其內(nèi)部絕緣發(fā)生的放電。這種放電只存在于絕緣的局部位置，不會(huì)立即形成整個(gè)絕緣貫通性擊穿或閃絡(luò)，所以稱為局部放電。局部放電是由于變壓器絕緣內(nèi)部存在弱點(diǎn)或生產(chǎn)過程中造成的缺陷，在高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅的現(xiàn)象。它表現(xiàn)為絕緣內(nèi)氣體的擊穿、小范圍內(nèi)固體或液體介質(zhì)的局部擊穿或?qū)俦砻娴倪吘壖凹饨遣课粓?chǎng)強(qiáng)集中引起局部擊穿放電等。但若變壓器絕緣在運(yùn)行電壓下不斷出現(xiàn)局部放電，這些微弱的放電將產(chǎn)生累積效應(yīng)會(huì)使絕緣的介電性能逐漸劣化并使局部缺陷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致整個(gè)絕緣擊穿。局部放電量有些很微弱，靠人的直覺感覺，如眼觀耳聽是察覺不到的，只有靈敏度很高的局部放電測(cè)量?jī)x器才能把它檢測(cè)到，并且變壓器內(nèi)部局放的產(chǎn)生也很難定位。

2 變壓器產(chǎn)生局部放電的原因

變壓器內(nèi)部絕緣在運(yùn)行中長(zhǎng)期處于工作電壓的作用下，特別是隨著電壓等級(jí)的提高，絕緣承受的電場(chǎng)強(qiáng)度值很高，在絕緣薄弱處很容易產(chǎn)生局部放電，產(chǎn)生局部放電的原因是：

電場(chǎng)過于集中于某點(diǎn)，或者說某點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度過大，如絕緣件有氣泡、雜質(zhì)未除凈；油中含水、含氣、有懸浮微粒；不同的介質(zhì)組合中，在界面處有嚴(yán)重電場(chǎng)畸變。局部放電的痕跡在固體絕緣上常常只留下一個(gè)小斑，或者是樹枝形燒痕。在油中，則出現(xiàn)一些分解的小氣泡。這些介質(zhì)都會(huì)導(dǎo)致局部放電量的增加，也會(huì)變壓器運(yùn)行故障。

變壓器的允許局部放電量水平是指油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的局部放電量水平，不包括套管在空氣中的電暈所產(chǎn)生的允許局部放電量水平。對(duì)三相變壓器可以分相測(cè)出每一相的局部放電量水平。對(duì)每一相的局部放電量而言，包括其他繞組傳遞到被測(cè)繞組的局部放電量。每一相的高壓、中壓與低壓繞組有其各自的局部放電量。電力變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可能發(fā)生的內(nèi)部放電點(diǎn)和放電類型種類多，通常有：① 繞組中部油一屏障絕緣中油隙放電；② 繞組端部油隙放電；③ 接觸絕緣導(dǎo)線和電工紙（引線絕緣、搭接絕緣、相間絕緣）的油隙放電；④ 引線、搭接線等油紙絕緣中的局部放電；⑤ 線圈間（縱絕緣）的油隙放電；⑥ 匝間絕緣局部擊穿；⑦ 電工紙沿面滑閃放電，等等 。

在分析變壓器局部放電量時(shí)，每一相高壓繞組（或中壓或低壓繞組）的局部放電量可能來自線端套管、中點(diǎn)套管、有載調(diào)壓分接開關(guān)或無勵(lì)磁分接開關(guān)、引線、繞組、各種接地零部件、絕緣內(nèi)部、變壓器油等處。但最容易產(chǎn)生局部放電的地方是氣隙、絕緣件內(nèi)部的氣隙、變壓器油中氣泡，固體尖角，以及器身不清潔，有雜質(zhì)異物。要避免這些因素導(dǎo)致的局部放電量超標(biāo)，首先，設(shè)計(jì)時(shí)要控制各部分場(chǎng)強(qiáng)在允許的范圍內(nèi)，特別要注意對(duì)高壓引線頭和引線電場(chǎng)強(qiáng)度的控制。采用電氣屏蔽法可有效的降低局部放電量（注意：金屬屏蔽材料與電纜引線或繞組出頭接觸良好，不允許屏蔽處存在懸浮電位）；第二，絕緣材料的使用要有選擇，在高電場(chǎng)中忌用環(huán)氧玻璃布板和其他介電系數(shù)的材料，還要避免使用在真空處理時(shí)無法排出氣體的絕緣制品；第三，制造過程中特別要注意器身中各部件的清潔度決不允許帶入任何金屬異物；第四，裝配過程中要注意各個(gè)附件的清潔度，對(duì)外構(gòu)件要嚴(yán)格檢查，對(duì)自加工的零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、雜物，也要注意在總裝過程中所產(chǎn)生的金屬異物的收集與清理；第五，變壓器真空注油時(shí)應(yīng)保證真空度達(dá)到工藝要求，抽真空和靜放時(shí)間要足夠長(zhǎng)，確保變壓器所有部件被油浸透。

局部放電時(shí)間雖短，能量也很小，但具有很大的危害性，它的長(zhǎng)期存在對(duì)絕緣材料將產(chǎn)生較大的破壞作用，一是使鄰近局部放電的絕緣材料，受到放電質(zhì)點(diǎn)的直接轟擊造成局部絕緣的損壞，二是由放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學(xué)作用，使局部絕緣受到腐蝕老化，電導(dǎo)增加，最終導(dǎo)致熱擊穿。運(yùn)行中的變壓器，內(nèi)部絕緣的老化及破壞，多是從局部放電開始的。

3 降低局部放電產(chǎn)生的措施

（1）研究和分析絕緣結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布、擊穿和局 部放電特性，找出允許的最大場(chǎng)強(qiáng)。同時(shí)還需要加強(qiáng) 技術(shù)管理，積累經(jīng)驗(yàn)，提高企業(yè)的工作水平。

（2）操作人員要嚴(yán)格控制工藝規(guī)程，絕緣層壓件 中不能有氣泡、水分和纖維雜質(zhì)，以免其引起電場(chǎng)分 布的畸變，導(dǎo)致局部電場(chǎng)強(qiáng)度的升高。另外，在強(qiáng)電 場(chǎng)作用下，它們很容易按電場(chǎng)方向而極化定向，并沿 電場(chǎng)方向排列在電極問形成導(dǎo)電“小橋”。開始時(shí)靜電游離（局部放電）產(chǎn)生漏電通道，最終發(fā)展成為擊 穿通道。

（3）產(chǎn)品在裝配過程中，如果生產(chǎn)環(huán)境潔凈度不好，降塵量較大，使器身及油箱中附著許多雜質(zhì)顆 粒，產(chǎn)品注油后，這些雜質(zhì)就會(huì)溶入油中，并對(duì)強(qiáng)電 場(chǎng)周圍造成威脅。所以，企業(yè)對(duì)重點(diǎn)產(chǎn)品，可以考慮 在一些重要的絕緣件上用酒精擦拭纖維粉末灰塵。局部放電較大的部位多在引線附近，其原因是制造工藝存在缺陷。降低引線周圍電場(chǎng)強(qiáng)度的方法：增加引線每邊絕緣厚度；加大引線的絕緣距離；加大引線的直徑。從經(jīng)濟(jì)和制作角度考慮，可采用增加引線每邊絕緣厚度的方法。工藝缺陷對(duì)引線電場(chǎng)的影響有：干燥不徹底、油質(zhì)低劣、器身暴露在空氣中的時(shí)間過長(zhǎng)及充油時(shí)真空度不夠高等都是變壓器質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的原因。另外，電極不光滑出現(xiàn)小尖角或者絕緣有缺陷，都會(huì)使油中出現(xiàn)極不均勻電場(chǎng)，若高場(chǎng)強(qiáng)大于局部使用場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，局部放電就發(fā)生了。高壓引線出頭屏蔽包扎易出現(xiàn)的問題：金屬化皺紋紙沒有拉緊，包扎時(shí)出現(xiàn)折疊，使屏蔽紙（電 極）出現(xiàn)小尖角，尖角和絕緣紙間形成小油隙，成為電極缺陷。外包絕緣紙未拉緊，絕緣紙出現(xiàn)折疊，折疊處形成小油隙，成為絕緣缺陷。應(yīng)用電場(chǎng)軟件計(jì)算得知，電極有缺陷時(shí)局部場(chǎng)強(qiáng)增大 15%左右，絕緣有缺陷局部場(chǎng)強(qiáng)增大 20%左右。變壓器油箱、鐵心夾件以及拉板等組部件應(yīng)嚴(yán)格按生產(chǎn)技術(shù)要求檢查驗(yàn)收，尤其要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品內(nèi)部的圓整化要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量；另外，加強(qiáng)對(duì)絕緣紙板、層壓木、絕緣膠和煤油等的驗(yàn)收檢查手段，杜絕使用低劣材料。同時(shí)還要重視對(duì)絕緣零部件的清潔保管，避免被灰塵污染。對(duì)大型電力變壓器的鐵心金屬件接觸面及螺 孔內(nèi)部均要求不涂漆，確保鐵心接地系統(tǒng)良好。對(duì)繞組、絕緣和器身引線等生產(chǎn)部門，要加強(qiáng)清潔管理，保證產(chǎn)品生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的清潔度。對(duì)變壓器油的質(zhì)量管理。變壓器油在運(yùn) 輸和貯存過程中，由于容器和管路的潔凈度及與空 氣接觸吸濕等原因，會(huì)使油質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷下降。因此，對(duì)油質(zhì)管理應(yīng)采取嚴(yán)格的預(yù)防措施。使用前要對(duì)變壓器油進(jìn)行驗(yàn)收檢查，確保油質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，不要混用不同廠家的變壓器油。保證使用的盛油器、導(dǎo)油管、凈油機(jī)等設(shè)備的潔凈。

4 變壓器局部放電的檢測(cè)方法一般有

（1）電測(cè)法。利用示波儀或無線電干擾儀，查找放電的特征波形或無線電干擾程度。

（2）超聲波測(cè)法。檢測(cè)放電中出現(xiàn)的聲波，并把聲波變換為電信號(hào)，錄在磁帶上進(jìn)行分析，利用電信號(hào)和聲信號(hào)的傳遞時(shí)間差異，可求得探測(cè)點(diǎn)到放電點(diǎn)的距離。

（3）化學(xué)測(cè)法。檢測(cè)油中各種溶解氣體的含量及增減變化規(guī)律。該測(cè)試法可發(fā)現(xiàn)油中的組成、比例以及數(shù)量的變化，從而判定有無局部放電（或局部過熱）。

此外，近年來還研制出局部放電在線檢測(cè)儀，能在變壓器運(yùn)行中進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)局部放電。

5 結(jié)束語

為防止局部放電的發(fā)生，現(xiàn)很多變壓器制造廠家都非常重視變壓器結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，同時(shí)，在變壓器制造過程中嚴(yán)格按圖紙精心施工，提高產(chǎn)品純凈度，嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，確保產(chǎn)品在每一道工序都是合格的。此外，運(yùn)行單位（用戶）也應(yīng)加強(qiáng)變壓器維護(hù)、監(jiān)測(cè)等工作，以有效地防止變壓器局部放電的發(fā)生。

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