如何降低干式變壓器局部放電及原因和控制措施

摘要：本文作者對干式變壓器的改進(jìn)設(shè)計(jì)及制造工藝，等方面措施并分析和控制干式變壓器局部放電。

關(guān)鍵詞：干式變壓器;局部放電;措施

1 引言

干式變壓器其防火性能好，免維護(hù)得了廣泛應(yīng)用。但由于設(shè)計(jì)或生產(chǎn)過程中會潛伏工藝性缺陷因而產(chǎn)生局放，易引起絕緣擊穿，時(shí)間長了甚至燒毀變壓器。所以在變壓器生產(chǎn)過程要注重設(shè)計(jì)及工藝的控制，把局放量降低到最小極限。

2 產(chǎn)生局部放電的原因

由于變壓器中的絕緣體、金屬等常會帶有一些尖角、毛刺，致使電荷在電場強(qiáng)度的作用下，電荷容量會集于尖角位置上，從而引起放電。

環(huán)氧樹脂澆注絕緣變壓器在真空澆注時(shí)，如工藝控制不好也會造成內(nèi)部有氣泡而產(chǎn)生局部放電，環(huán)氧樹脂絕緣體中一般情況下都存在一些微小空氣間隙，通常氣泡的介電系數(shù)要比絕緣體低很多，從而導(dǎo)致了絕緣體中氣泡所承受的電場強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于和其相鄰的絕緣材料，很容易達(dá)到被擊穿的程度，使氣泡先發(fā)生放電。如果導(dǎo)電體相互之間電氣連接不良也容易產(chǎn)生放電情況，該種情況在金屬懸浮電位中最為嚴(yán)重。

干式變壓器絕緣結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)層間或匝的場強(qiáng)過高，如絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等，選擇絕緣材料質(zhì)量問題如果不是符合要求的偽質(zhì)材料;繞線和烘燥及澆注工藝水平不到位;裝配工藝水平裝配得不好，如高低壓引線的制作有毛刺或距離等都會影響局放量增大。

3 局部放電的危害

局部放電是一種是發(fā)生在絕緣表面放電。若能量較大，在絕緣體表面留下放電痕跡時(shí)，則影響變壓器的壽命。如放電強(qiáng)度較高，發(fā)生在氣穴或尖角電極上，集中在少數(shù)幾點(diǎn)的局部放電形式為腐蝕性放電。此放電能深入到絕緣紙板的層間和深處，最終導(dǎo)致?lián)舸?/p>

短時(shí)間的放電不會造成整個(gè)通道的介質(zhì)受損，而且放電的電解作用使絕緣加速氧化，并腐蝕絕緣，從而降低了變壓器的壽命。如干式變壓器局放量嚴(yán)重超標(biāo)其使用壽命一般在3～5年內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)部絕緣老化而擊穿燒毀。

4 干式變壓器局放的控制

干式變壓器主絕緣材料是以環(huán)氧樹脂材料，安全性可靠。影響變壓器局部放電的因素很多，其中主要的幾點(diǎn)因素有產(chǎn)品原材料的選擇、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、繞組澆注工藝等。針對我們公司通過長期的設(shè)計(jì)調(diào)整、工藝改進(jìn)、材料選擇以及生產(chǎn)的實(shí)踐提出以下控制措施。

1、繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①主絕緣距離，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保和考慮到高低壓線圈和相間距離、高壓線圈對地要有足夠的絕緣距離，絕緣距離越大場強(qiáng)越小。還有高壓線圈內(nèi)壁絕緣可適當(dāng)增加可有效地降低外部場強(qiáng)。

②高壓線圈層間及段間設(shè)計(jì)，高壓線圈層間和段間是控制整個(gè)線圈場強(qiáng)，若是高壓繞組采用分段式繞制，線圈層間場強(qiáng)盡量控制在1000V/mm以下，如35kV的干式變壓器段數(shù)可取12～18段以上，當(dāng)然這給繞線工藝帶來很煩鎖。

③屏蔽控制，采用有效屏蔽，可以使尖角、毛刺及氣隙均包在屏蔽層內(nèi)，能有效地排除尖端和氣隙放電，減少局放量。

2、線圈的繞制、裝模及真空澆注工藝控制

干式變壓器好壞都是線圈先發(fā)生故障。在繞制線圈時(shí)不能隨意更改數(shù)據(jù);裝模引線焊接時(shí)，注意高溫破壞線圈的絕緣，打磨尖角毛刺等;樹脂配料及溫度時(shí)間，澆注的速度必須嚴(yán)格遵守工藝，動態(tài)澆注應(yīng)注意完成的時(shí)間，防止樹脂粘度過大。

3、原材料的選擇與控制

電磁線光無滑毛刺;絕緣材料應(yīng)選擇長期穩(wěn)定的供應(yīng)商，環(huán)氧樹脂材料的應(yīng)選擇粘度小韌性好。因?yàn)樵趽Q新材料后，變壓器在短期內(nèi)發(fā)現(xiàn)不了什么問題。

5 干式變壓器局放試驗(yàn)

1、局部放電的波形分析

首先在試加電壓分別為1.8U倍，持續(xù)30秒;再將電壓降至1.3U倍，持續(xù)3分鐘。測量記錄3min時(shí)間內(nèi)的局部放電量。除此之外，還可以在局部放電檢測儀示波器看出放電發(fā)生在工頻的什么相位，測定脈沖波形和放電次數(shù)，觀察整個(gè)局部放電的特征。以確定放電的大致部位和性質(zhì)。示波器可用水平掃描和橢圓掃描。水平掃描時(shí)全屏偏轉(zhuǎn)相當(dāng)于一個(gè)周期，并與試驗(yàn)電壓同步，以確定脈沖的相位。橢圓掃描也是每掃一周相當(dāng)于試驗(yàn)電壓一個(gè)周期。圖1-1為兩種掃描時(shí)屏上 波形的示意圖。

在局部放電試驗(yàn)時(shí)，除內(nèi)部可能產(chǎn)生局部放電外，引線的聯(lián)接和接地等，也可能會影響局部放電的波形。為此，要區(qū)別絕緣內(nèi)部的局部放電與其他干擾的波形，圖1-2就是幾種典型的波形。

2、局部放電的圖譜識別

圖1-3為不同類型的局部放電示波圖，示波圖是在接近起始電壓時(shí)得到的。其中圖（a）、（b）、（c）、（d）為局部放電的基本圖譜，（e）、（f）、（g）為干擾波的基本圖譜。

（a）絕緣結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)與電場方向垂直的氣隙，放電脈沖疊加于正與負(fù)峰之間的位置，對稱的兩邊脈沖幅值及頻率基本相等。但有時(shí)上下幅值的不對稱度 3：1仍屬正常。放電量與試驗(yàn)電壓的關(guān)系是起始放電后，放電量增至某一水平時(shí)，隨試驗(yàn)電壓上升放電量保持不變。

（b）澆注絕緣結(jié)構(gòu)。放電脈沖疊加于正及負(fù)峰之前的位置，對稱的兩邊脈沖幅值及頻率基本相等，但有時(shí)上下幅值的不對稱度3：1仍屬正常。放電剛開始時(shí)，放電脈沖尚能分辨，隨后電壓上升，某些放電脈沖向試驗(yàn)電壓的零位方向移動，同時(shí)會出現(xiàn)幅值較大的脈沖，脈沖分辨 率逐漸下降，直至不能分辨。起始放電后，放電量隨電壓上升而穩(wěn)定增長，熄滅電壓基本相等或低于起始電壓。

（c）有一個(gè)氣隙位于電極的表面。放電脈沖疊加于電壓的正及負(fù)峰值之前，兩邊的幅值不盡對稱，幅值大的頻率低，幅值小的頻率高。兩幅值之比通常大于3：1，有時(shí)達(dá)10：1?？偟姆烹婍憫?yīng)能分辨出。放電一旦起始，放電量基本不變，與電壓上升無關(guān)。熄滅電壓等于或略低于起始電壓。

（d）不同尺寸的氣隙位于電極的表面，放電脈沖疊加于電壓的止及負(fù)峰值之前兩邊幅值比通常為3：1，有時(shí)達(dá)10：1。隨電壓上升，部份脈沖向零位方向移動放電起始后，脈沖分辨率尚可;繼續(xù)升壓，分辨率下降直至不能分辨。放電起始后放電后隨電壓的上升逐漸增大，熄滅電壓等于或略低于起始電壓。如電壓 持續(xù)時(shí)間在10 min以后，放電響應(yīng)會有些變化。

（e）較低電壓下產(chǎn)生電暈放電，放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。這可幫助判斷電壓的零位，一對脈沖對稱的出現(xiàn)在電壓正或負(fù)峰處、每一簇的放電脈沖時(shí)間間隔均各自相等。但兩簇的幅值及時(shí)間間隔不等，幅值較小的一簇幅值相等、較密。一簇較大的脈沖起始電壓較低，放電量隨電壓上升增加;一簇較小的脈沖起始電壓較高，放電量與電壓無關(guān)，保持不變;電壓上升，脈沖頻率密度增加。

（f）針尖對平板或大地的氣體介質(zhì)。放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。這可幫助判斷電壓的零位。起始放電后電壓上升，放電量不變，惟脈沖密度向兩邊擴(kuò)散、放電頻率增加。

（g）懸浮電位放電。在電場中兩懸浮金屬物體間，或金屬物與大地間產(chǎn)生的放電。

（1）放電量保持不變，與電壓無關(guān)，熄滅電壓與起始電壓完全相等。

（2）電壓繼續(xù)上升，在某一電壓下，放電突然消失。電壓繼續(xù)上升后再下降，會在前一消失電壓下再次出現(xiàn)放電。

（3）隨電壓上升，放電量逐漸減小，放電脈沖隨之增加。

6 結(jié)論

干式變壓器通過工藝的控制，可大大提高環(huán)氧干式變壓器的局放問題，我們在生產(chǎn)實(shí)踐中反復(fù)試驗(yàn)論證，可保證生產(chǎn)出的環(huán)氧干式變壓器在局放量小于10pC內(nèi)，完全達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)中局放小于10pC的要求，其它技術(shù)指標(biāo)也都符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)GB T1094.11和GB/T10028要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李金輝，降低電力變壓器局放的措施[J]. 電工電氣，2006，6：62

作者簡介：

戴永林（1970-），男，江蘇南京人，長期從事變壓器研發(fā)和設(shè)計(jì)工作。