關(guān)于現(xiàn)階段高壓電力變壓器絕緣故障分析與防范

朱昱達(dá) 李倩

摘 要：新時期背景下，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，電力工程建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，且隨著各行各業(yè)對電能的需求量不斷提升，衍生出了一系列電力工程項目。而在眾多電力工程中，變壓器作為電力輸送的關(guān)鍵電氣設(shè)備，在整個電力系統(tǒng)中發(fā)揮著不可或缺的作用，其運行的穩(wěn)定性關(guān)乎系統(tǒng)整體性能。為能夠從根本上保障變壓器實際運行成效，需加強對變壓器故障的有效防范。對此，本文著重對高壓電力變壓器絕緣故障類型及其事故預(yù)防進(jìn)行重點探究，確保變壓器內(nèi)部隱患的徹底消除。

關(guān)鍵詞：高壓變壓器;絕緣故障;防范

一、高壓電力變壓器絕緣故障類型

1.固體絕緣材料故障

①纖維材料

電力變壓器中最為常見的絕緣材料當(dāng)屬絕緣紙纖維材料。紙纖維主要提取于植物中基本固體組織成分，其中主要包含正負(fù)電原子核，絕緣材料與金屬導(dǎo)體不同自由電子幾乎為零，離子電導(dǎo)則是絕緣體中極小電導(dǎo)電流的主要來源。

紙纖維具有吸潮性。一般情況下，紙纖維吸水時易于削弱氫氧根之間的相互作用，機械強度在纖維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的情況下急劇惡化。因此，若要確保紙絕緣能夠正常使用，需經(jīng)過干燥、真空干燥、浸油或浸絕緣漆等處理后方可使用。其中，浸絕緣漆的主要目的是為了提升纖維的絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性以及機械強度。

②固體絕緣材料老化

固體絕緣最大的特點就是非可逆性的老化，特別是機械老化和電氣強度老化后均不可恢復(fù)。在高壓電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中，主要包括以下幾部分：絕緣紙、絕緣卷、絕緣板、絕緣綁扎帶以及絕緣墊等，而纖維素是其中最為主要的成分之一。通常情況下，新紙的聚合度約為1300，當(dāng)聚合度不足250，機械強度降50%以下，極度老化使壽命終止的聚合度為150-200。當(dāng)絕緣紙發(fā)生老化后，無論是聚合度還是抗張強度均隨之降低，并生成水、糖醛等。

老化后產(chǎn)物直接危害電氣設(shè)備，降低絕緣紙的體積電阻率和擊穿電壓、增大介損、削弱抗拉強，甚至對設(shè)備中的金屬材料產(chǎn)生腐蝕。為避免上述現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)確保電力變壓器固體絕緣材料的機械性和絕緣性。

判斷固體絕緣性能可取樣測量紙或紙板的聚合度或利用高效液相色譜分析技術(shù)測量油中糠醛含量。常見固體絕緣材料故障如下。

第一，纖維脆裂。當(dāng)纖維材料過度受熱后，當(dāng)中的水分將被蒸發(fā)，進(jìn)而加劇了纖維材料的脆化。紙材脆化后容易剝落，再加上各種沖擊力的影響，如，機械震動、操作波以及電動應(yīng)力等，可能產(chǎn)生絕緣故障甚至引發(fā)嚴(yán)重的電氣事故。

第二， 纖維材料機械強度下降。隨著受熱時間的延長，纖維材料的機械強度也隨之下降，當(dāng)變壓器發(fā)熱后排除絕緣材料水分，將增加絕緣電阻，極大程度上降低機械強度。

第三，纖維材料本身收縮。纖維材料先脆化后收縮，夾緊力降低，改變收縮位置，使變壓器繞組在沖擊電壓或電磁振動下因移位摩擦而對絕緣性產(chǎn)生影響。

2.液體絕緣材料故障

變壓器油屬于液體類的絕緣材料，從成分來看主要包括樹脂、烴、酸和其它雜質(zhì)混合物，上述各類成分具有一定的不穩(wěn)定性，再加上溫度、光合作用以及電場的影響之下將加速氧化。一般，變壓器油氧化過程需要消耗大量時間，但當(dāng)金屬、氣體、雜質(zhì)等混入變壓器油中會加速氧化，改變油的性質(zhì)。

二、變壓器絕緣事故及預(yù)防

1.懸浮導(dǎo)體

根據(jù)高壓變壓器的結(jié)構(gòu)特征來看，高壓套管的均壓球、穿心螺桿上的緊固螺釘、導(dǎo)電回路的固定螺釘以及油箱磁屏蔽的接地螺釘?shù)染鶎儆诳赡墚a(chǎn)生金屬件松動或脫落。在高壓變壓器中，為了避免各結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生雜散損耗，通常將電工鋼帶組成的屏蔽材料安裝于油箱壁及結(jié)構(gòu)件上，這種磁屏蔽主要是依托于接地螺栓進(jìn)行接地處理，如果接地不良或者發(fā)生脫落，將會磁屏蔽懸浮放電，若未能及時處理將會引發(fā)故障。為避免金屬緊固件發(fā)生松動或者脫落，需在變壓器裝配過程中做好裝置的緊固和鎖緊措施，但由于操作疏忽或安裝工藝不合理，金屬緊固件松動或脫落引起放電。

2.金屬異物

相較于金屬性雜質(zhì)，金屬異物體積較大。所謂金屬異物主要是檢修和制造過程中的殘留物，或變壓器生運行過程中的生成物，如，冷卻油管路內(nèi)部的焊渣等。金屬異物對絕緣的危害主要包括絕緣擊穿和局部放電等。局部放電試驗可在一定程度上有效判斷金屬異物，因此，變壓器出廠前或檢修后都需要進(jìn)行局部放電試驗，進(jìn)而將此類故障發(fā)生率將至最低。

3. 雜質(zhì)

水分、氣體、固體雜質(zhì)等均屬于變壓器內(nèi)部雜質(zhì)，本研究主要分析變壓器與固體雜質(zhì)之間關(guān)系。固體雜質(zhì)（又稱“異物”）分為3種，即，導(dǎo)磁性雜質(zhì)、導(dǎo)電性雜質(zhì)以及非導(dǎo)電性雜質(zhì)。在高場電中，雜質(zhì)容易發(fā)生放電現(xiàn)象，為避免器身受到雜質(zhì)的影響，制造廠應(yīng)采取以下幾種措施，以達(dá)到防塵目的：

第一，環(huán)境條件的要求，通常，220kv及以上電壓等級的產(chǎn)品在空調(diào)室內(nèi)完成，空調(diào)室內(nèi)的降塵量每天不高于15mg/cm2，溫度則在16-28℃，相對濕度則不高于60%;

第二，進(jìn)入室內(nèi)應(yīng)穿專用的工作服和潔凈鞋，確保所使用工具的規(guī)范性;

第三，鐵心、絕緣件以及繞組等待組裝的部件在放置時應(yīng)遮蓋好，裝配前可用吸塵器做好相應(yīng)的清掃工作。

4.絕緣受潮

正常運行的變壓器，油和紙中的含水量是較低的，也是比較穩(wěn)定的。變壓器絕緣受潮主要由以下因素引起：（1）密封不良。變壓器密封部位（如變壓器上部的套管法蘭及升高座法蘭處、套管將軍帽、壓力釋放裝置、冷卻器法蘭、鐵心接地套管下部等處）密封不嚴(yán)都會導(dǎo)致雨水侵入變壓器。若水分滲漏到繞組上，導(dǎo)致繞組匝間短路，繼而引發(fā)故障。（2）水冷卻器漏水。水冷卻器管道升裂和開焊，會使大量水分進(jìn)入變壓器油中，引起繞組燒毀。（3）進(jìn)油管道內(nèi)部及套管均壓球內(nèi)部有積水，安裝時未清理干凈，水分隨油淋到器身上，引起絕緣事故。（4）凝結(jié)水流入。變壓囂油中的水分蒸發(fā)至儲油柜內(nèi)，遇冷凝結(jié)。儲油柜底部凝結(jié)水過多，回流入變壓器，引起繞組燒毀。

三、結(jié)語

綜上所述，采用不同方法有效預(yù)防高壓變壓器絕緣故障，可促進(jìn)電能輸出更加可靠，有力保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

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