變壓器局放培訓(xùn)

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2023-01-16 11:40

第一節(jié) 變壓器局放的基礎(chǔ)知識(shí)

1 概述

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，110kV及以上大型電力變壓器要做局部放電試驗(yàn),現(xiàn)在合同要求變壓器高中壓局放量小于100PC。

局部放電對(duì)絕緣的影響，一是放電質(zhì)點(diǎn)對(duì)絕緣的直接轟擊造成局部絕緣破壞，逐步發(fā)展使絕緣擊穿；二是絕緣內(nèi)部的局部放電雖然不形成貫穿性通道，但放電產(chǎn)生的熱，使介質(zhì)出現(xiàn)局部的溫度升高，甚至碳化呢。由于放電的電解作用，會(huì)產(chǎn)生臭氧、一氧化氮等一些活性氣體，使局部絕緣受到腐蝕，逐漸造成絕緣的損傷，最后導(dǎo)致熱擊穿。通常，電氣絕緣的破壞或局部老化，多是從局部放電開(kāi)始的，所以，局部放電的危害性是使變壓器絕緣壽命降低，影響變壓器的安全運(yùn)行。

2 什么是局部放電：對(duì)于變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中，可能存在著一些絕緣弱點(diǎn)，它在一定的外施電壓作用下會(huì)首先發(fā)生放電，但并不隨即形成整個(gè)絕緣貫穿性擊穿。這種只限于絕緣局部位置（弱點(diǎn)）處的放電就叫局部放電。

局部放電試驗(yàn)的目的：就是考核變壓器在長(zhǎng)期工作電壓作用下，其產(chǎn)品絕緣能否長(zhǎng)期安全運(yùn)行的性能，發(fā)現(xiàn)變壓器結(jié)構(gòu)和制造工藝的缺陷。如：（1）絕緣結(jié)構(gòu)中局部電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高，可能是局部絕緣（如油隙或固體絕緣）擊穿或沿固體絕緣表面放電；（2）絕緣混入雜質(zhì)或局部帶有缺陷；如絕緣紙筒、層壓紙板、層壓木板等，由于熱壓干燥工藝處理不好，就會(huì)在其內(nèi)部形成空腔，當(dāng)浸油以后，變壓器油往往不能浸入此空腔，從而形成了氣穴。如果浸入的變壓器油處理不好時(shí)，油中會(huì)有氣泡存在，同時(shí)存在著水分和雜質(zhì)，在電場(chǎng)的作用下，雜質(zhì)會(huì)形成“小橋“，泄漏電流的通過(guò)會(huì)使該處發(fā)熱嚴(yán)重，促使水分汽化，形成氣泡；同時(shí)也會(huì)使該處的油發(fā)生分解產(chǎn)生氣體。絕緣內(nèi)部存在的這些氣穴（氣泡），其介電常數(shù)比絕緣材料的介電常數(shù)要小，所以氣穴上承受的電場(chǎng)強(qiáng)度比鄰近的絕緣材料上的電場(chǎng)強(qiáng)度要高。氣體（特別是空氣）的絕緣強(qiáng)度卻比絕緣材料低。這樣，當(dāng)外施電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，絕緣內(nèi)所含氣穴上的場(chǎng)強(qiáng)就會(huì)先達(dá)到使之擊穿的程度，從而氣穴先發(fā)生放電。

（3）金屬部件有尖角；尖端放電。

（4）產(chǎn)品內(nèi)部金屬接地部件之間、導(dǎo)電體之間電氣聯(lián)接不良等，以便消除這些缺陷，防止局部放電對(duì)絕緣造成破壞。

3 局部放電產(chǎn)生的關(guān)鍵因素

產(chǎn)生局部放電的環(huán)節(jié)，一般是在電場(chǎng)集中和絕緣薄弱的部位。影響局部放電的因素很多，綜合起來(lái)主要有三點(diǎn)：

(1) 絕緣材料的材質(zhì)；

(2) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的絕緣結(jié)構(gòu)；（沒(méi)有多大問(wèn)題）

(3) 生產(chǎn)加工制造工藝精細(xì)化程度。

從試驗(yàn)角度分析產(chǎn)生局部放電的原因和部位，引起局部放電的關(guān)鍵因素有五個(gè)方面：

(1)導(dǎo)電體和非導(dǎo)電體的尖角毛刺；

(2)固體絕緣的空穴和縫隙中的空穴及油中的微量氣泡；

(3)在高電場(chǎng)下產(chǎn)生懸浮電位的金屬物；

(4) 絕緣體表面的灰塵、臟污和異物。

(5) 絕緣干燥處理不好及表面受潮。

上述關(guān)鍵因素應(yīng)從設(shè)計(jì)、工藝、操作及管理等方面采取措施，嚴(yán)格控制。

第二節(jié) 器身絕緣中與局放有關(guān)的知識(shí)

我廠變壓器常用的絕緣材料有：變壓器油、紙板、成型件以及油紙復(fù)合絕緣。油浸式變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中所用的主要絕緣材料是變壓器油和絕緣紙，即油紙絕緣結(jié)構(gòu)。變壓器油與絕緣紙相結(jié)合具有很高的耐電強(qiáng)度。比兩者分開(kāi)單獨(dú)的油和紙任何一種材料都高的多，能產(chǎn)生1+1＞2的效果。

在浸油良好的條件下，消除雜質(zhì)程度決定了實(shí)際油紙絕緣可能達(dá)到的電氣強(qiáng)度，因此實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的控制具有重要意義。油紙絕緣的缺點(diǎn)是兩者均易被污染，含百分之幾的雜質(zhì)影響就很?chē)?yán)重，因此，在工藝過(guò)程中，盡可能的獲得較純凈的油和紙，并據(jù)此選擇合適的工作場(chǎng)強(qiáng)，保證變壓器絕緣結(jié)構(gòu)可靠性。（強(qiáng)調(diào)凈化，結(jié)合6S工作的開(kāi)展）

變壓器生產(chǎn)應(yīng)在全封閉結(jié)構(gòu)的凈化車(chē)間中進(jìn)行，通風(fēng)設(shè)備安裝空氣過(guò)濾裝置；采用煤油汽相干躁設(shè)備，該設(shè)備投用后可使變壓器器身的清潔度更高，干燥更徹底。基本做到：不把異物帶進(jìn)器身；生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生異物；運(yùn)行中不出現(xiàn)新的異物。在插鐵時(shí)注意控制鐵軛處硅鋼片摩擦散落的金屬微粒，確保器身的清潔度。

除非紙完全被油浸透，則紙中會(huì)有空氣或其他氣體的空隙。這無(wú)疑將使紙的耐電強(qiáng)度降低，此時(shí)空隙上所承擔(dān)的電壓又比紙上高的多，空隙擊穿并不意味著絕緣的損壞，這部分放電會(huì)產(chǎn)生局放的出現(xiàn)，會(huì)逐步腐蝕絕緣，最終可導(dǎo)致絕緣損壞，因此變壓器的浸油與靜放時(shí)間必須嚴(yán)格按照工藝文件的要求。

防局放問(wèn)題中幾個(gè)需要特別關(guān)注的問(wèn)題：

1、楔形油隙的放電問(wèn)題。舉例：壓板開(kāi)裂、墊板開(kāi)裂、端圈墊塊開(kāi)裂、引線夾木、段間和匝間的小油隙、線匝與墊塊的接觸處、開(kāi)裂，極易產(chǎn)生局放。楔形油隙的擊穿強(qiáng)度降低，是絕緣弱點(diǎn)，在較高的電場(chǎng)作用下會(huì)首先發(fā)生局放。

2、局部放電具體發(fā)生的典型部位。在變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中按首先出現(xiàn)局放的絕緣介質(zhì)，可分為氣泡性及油中放電；而局部放電具體發(fā)生的典型部位又可分為：固體介質(zhì)空穴處、電極尖角處、油隔板絕緣中的油隙、油楔以及油中沿固體介質(zhì)表面處，其中以電極與固體介質(zhì)接觸的介質(zhì)表面處為甚。

3、關(guān)于電位與場(chǎng)強(qiáng)。局部放電起始放電電壓決定于放電部位的局部場(chǎng)強(qiáng)，因此絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)按場(chǎng)強(qiáng)的概念來(lái)確定。在變壓器中可能在各種不同部位上出現(xiàn)較高場(chǎng)強(qiáng)而導(dǎo)致局放，這些部位大多在某些油隙、油楔、空氣隙，有懸浮電位的金屬導(dǎo)體、導(dǎo)體尖角和固體表面上。而較高場(chǎng)強(qiáng)的部位不一定都出現(xiàn)于高電位。低電位或地電位也可能出現(xiàn)較高的場(chǎng)強(qiáng)。即變壓器內(nèi)不但在高電位上可出現(xiàn)局放，在低電位甚至地電位上也可能出現(xiàn)局放。例如地屏的有效可靠接地。例如夾件上的結(jié)構(gòu)件如果倒角不好，與引線之間場(chǎng)強(qiáng)較高，這時(shí)候就在夾件上而不是引線上出現(xiàn)局放。

4、壓板、墊板等結(jié)構(gòu)件中的反局放設(shè)計(jì)。（1）倒角（2）小浸油孔（3）小的槽（4）大張紙板（5）保證壓力（6）膠的使用，涂抹均勻，防止氣泡。

5、關(guān)于靜電板端部。對(duì)靜電板端部絕緣的處理要十分細(xì)致。該處是場(chǎng)強(qiáng)最高的地方，處理不好，極易發(fā)生局放。要求嚴(yán)格按圖紙，對(duì)齊，不傷靜電環(huán)，保持高度凈化。

6、對(duì)角環(huán)的處理。可以普遍地認(rèn)為，凡是有角環(huán)的部位，均認(rèn)為是絕緣結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的部位，要特別慎重對(duì)待。角環(huán)的作用一是分割油隙（大油隙變?yōu)樾∮拖?，提高耐電?qiáng)度），二是增加爬距（降低爬電場(chǎng)強(qiáng)）。角環(huán)放置力求位置準(zhǔn)確、保證厚度、服帖到位、不出現(xiàn)鴨脖子現(xiàn)象。設(shè)計(jì)時(shí)要留出壓服余量。

7、關(guān)于地屏。地屏是高壓電力變壓器中關(guān)鍵的零件之一。起到了改善電極形狀的作用。我廠220及以上的變壓器普遍使用，必不可少。

空心導(dǎo)體如果腔內(nèi)沒(méi)有凈電荷，在外電場(chǎng)達(dá)到靜電平衡狀態(tài)時(shí)，剩余電荷只能分布在外表面，導(dǎo)體內(nèi)和空腔內(nèi)任何一點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)都為零。因此，如果把任一物體放入空心導(dǎo)體的空腔內(nèi)，該物體就不受任何外電場(chǎng)的影響。

導(dǎo)體鐵心放在金屬殼地屏內(nèi)，由于靜電感應(yīng)，在地屏的內(nèi)外表面將出現(xiàn)等量異性感應(yīng)電荷，地屏的外表面的電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)就會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生影響。

為了消除影響，可把地屏接地，則外表面的感應(yīng)電荷因接地而被中和，相應(yīng)的電場(chǎng)隨之消失。由此可見(jiàn)，對(duì)于接地的地屏，外界的電場(chǎng)既不會(huì)影響地屏內(nèi)的鐵心，鐵心也不會(huì)影響外界的電場(chǎng)。

上述的理論同樣適用于焊接頭、線圈出頭等的屏蔽，在電力變壓器中被廣泛運(yùn)用。

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第三節(jié) 器身絕緣中的其它簡(jiǎn)單知識(shí)

變壓器器身絕緣是主絕緣，是線圈到接地部分鐵心和油箱的絕緣（主要是端部絕緣），線圈到其他線圈的絕緣（主要是同相線圈間主絕緣）。

變壓器的器身絕緣是由一系列的絕緣件組成的，而絕緣件是由特定的絕緣材料構(gòu)成的。絕緣材料的壽命決定了變壓器的壽命，同樣的絕緣結(jié)構(gòu)在很大程度上依賴絕緣材料的性能，因此了解絕緣材料對(duì)進(jìn)一步理解絕緣結(jié)構(gòu)具有重要的意義。

針對(duì)一定電壓等級(jí)變壓器的絕緣需要,在變壓器器身絕緣上分別采取了一定絕緣措施。主要是下述兩部分。

1、線圈間主絕緣

線圈間主絕緣是油—隔板絕緣，隔板為絕緣紙筒。根據(jù)材料的絕緣性質(zhì)可以決定線圈間主絕緣的電氣強(qiáng)度，其中最主要的是緊靠線圈表面油隙中的電氣強(qiáng)度。變壓器一般采用薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)。

薄紙筒小油隙的電氣強(qiáng)度：線圈間主絕緣距離中紙筒≤4mm，油隙≤15mm時(shí)稱(chēng)薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)。

2、端部絕緣的電氣強(qiáng)度

端部絕緣是指線圈端部至鐵軛和相鄰線圈端部的絕緣。端部電場(chǎng)分布復(fù)雜，最大場(chǎng)強(qiáng)在高壓線圈端部?jī)?nèi)側(cè)油隙中。如果端部線段導(dǎo)線圓弧大或有附加絕緣，或加靜電環(huán)，可以使最大場(chǎng)強(qiáng)減弱。如果又增加絕緣隔板、角環(huán)，則又使爬電距離增大。

目前，我國(guó)生產(chǎn)的油浸式變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)，主要是采用油一隔板絕緣結(jié)構(gòu)型式。下面對(duì)油一隔板結(jié)構(gòu)的基本規(guī)律及其特點(diǎn)進(jìn)行概要的分析。

油浸耐電強(qiáng)度的效體積效應(yīng)。就是在均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)中，變壓器油的耐電強(qiáng)度隨受電壓作用的油隙體積的減小而提高，即變壓器油具有“體積效應(yīng)”。在變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中，是采用普通絕緣紙板或瓦楞紙板將油隙分隔成若干小油間隔（體積）瓦楞紙板的高度正好是油一隔板主絕緣結(jié)構(gòu)的油隙寬度。

在高壓變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中，隔板的數(shù)目隨電壓等級(jí)的提高而增多。但是油隙也不能過(guò)小，因?yàn)橛土魅羰茏?，散熱困難，故選取油隙尺寸應(yīng)適當(dāng)，在變壓器絕緣結(jié)構(gòu)中的軸向油道，一般不宜小于6mm。