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技術(shù)文章

變壓器的局部放電是什么
　變壓器的局部放電是什么
　對(duì)變壓器局部放電試驗(yàn)，我國(guó)在初期階段是對(duì)220kV級(jí)及以上變壓器執(zhí)行。后來(lái)新IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)設(shè)備*工作電壓Um≥126kV時(shí)，就要做變壓器局部放電測(cè)量。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也做了相應(yīng)的規(guī)定，對(duì)設(shè)備*工作電壓Um≥72.5kV，額定容量P≥10000kVA的變壓器，如無(wú)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(hù)經(jīng)常要求小于等于300pC或小于等于100pC，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(guó)在大量生產(chǎn)500kV級(jí)變壓器后，對(duì)750kV、1000kV級(jí)超高壓變壓器及超高壓換流變壓器的生產(chǎn)正在快速發(fā)展，并躋身于世界發(fā)達(dá)國(guó)家行列。因此，電力部門(mén)對(duì)變壓器產(chǎn)品局部放電的要求也越來(lái)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，筆者對(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(wèn)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。

　　2 局部放電及其原理

　　局部放電又稱(chēng)游離，也就是靜電荷流動(dòng)的意思。在一定的外施電壓作用下，在電場(chǎng)較強(qiáng)的區(qū)域，靜電荷在絕緣較弱的位置首先發(fā)生靜電游離，但并不形成絕緣擊穿。這種靜電荷流動(dòng)的現(xiàn)象稱(chēng)為局部放電。對(duì)于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電，稱(chēng)為電暈。

　　高壓試驗(yàn)變壓器，變壓器油內(nèi)存在著大量的正、負(fù)離子和極性分子。因正、負(fù)離子的數(shù)量相等，故在油中不顯電性。由于絕緣紙板對(duì)油中的負(fù)離子和極性分子有吸附作用，使油中電荷產(chǎn)生了定向移動(dòng)。

　　在強(qiáng)油導(dǎo)向冷卻系統(tǒng)中，當(dāng)開(kāi)動(dòng)油泵后，在器身內(nèi)部流速較快的區(qū)域，油中的正離子被流動(dòng)的油帶走，使正、負(fù)離子產(chǎn)生分離。這樣就產(chǎn)生了油帶正電，固體絕緣材料帶負(fù)電，其帶有電量相等、符號(hào)相反的電荷。

　　電荷分離之后，可能沿著導(dǎo)電通路向大地泄漏，也可能與異性離子復(fù)合成中性分子。這種使電荷減少的過(guò)程，電荷松弛，但電荷松弛的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于電荷積累的速度。

　　在相同條件下，油中含水量少，電荷密度會(huì)增加;而含水量多，電荷密度則降低。油的含氣量越大，油的絕緣強(qiáng)度越低，越容易產(chǎn)生放電。放電會(huì)使油產(chǎn)生分解，其分解生成物將導(dǎo)致油質(zhì)劣化，使油中的靜電帶電現(xiàn)象顯著，從而危及油的絕緣性能。變壓器油分析可以用絕緣油介電強(qiáng)度測(cè)試儀，介質(zhì)損耗測(cè)試儀。油處理可以使用DZJ-L真空濾油機(jī)來(lái)進(jìn)行過(guò)濾凈化處理。

　　對(duì)于產(chǎn)品的局部放電，要想滿(mǎn)足用戶(hù)要求，須在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)真分析絕緣結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布，留有絕緣裕度，并要適當(dāng)選擇上等的絕緣材料。

　　由于真空處理不夠而殘存的氣泡及在耐壓試驗(yàn)中分解出來(lái)的氣泡，均會(huì)隨時(shí)間的增加被油吸收而消失。所以，對(duì)于感應(yīng)耐壓和沖擊耐壓試驗(yàn)后的變壓器，必須靜放一段時(shí)間再做局部放電試驗(yàn)，否則，會(huì)因耐壓后分解出來(lái)的氣泡造成局部放電的假現(xiàn)象。

　　在局部放電試驗(yàn)中，當(dāng)放電量超出標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，應(yīng)找出放電部位，以便進(jìn)行處理。這樣，對(duì)改進(jìn)絕緣結(jié)構(gòu)、提高工藝水平有指導(dǎo)意義。因此，測(cè)定局部放電部位是一項(xiàng)重要技術(shù)課題。

　　國(guó)內(nèi)采用超聲波方法對(duì)變壓器局部放電定位的測(cè)試技術(shù)，已應(yīng)用于實(shí)際中，并取得了良好的效果。

　　3 產(chǎn)生局部放電的原因和危害

　　3.1 產(chǎn)生局部放電的原因

　　(1)變壓器內(nèi)部的金屬件、絕緣件要圓整化，不能有任何尖角和毛刺。因?yàn)樵诟唠妶?chǎng)強(qiáng)度作用下，電荷容易集中到尖角的地方，從而引起放電。

　　(2)金屬接地部件之間、導(dǎo)電體之間電氣連接**，也會(huì)產(chǎn)生放電。尤其金屬懸

　　浮，情況更為嚴(yán)重。如110kV級(jí)及以上鐵心結(jié)構(gòu)的金屬連接件，其接觸面不涂漆;夾件上固定木件的小肢板與螺栓連接處不涂漆，以保證金屬連接件的緊密接觸;地屏上的銅皮與接地片必須焊牢，以避免接觸**或懸浮等。

　　(3)絕緣件內(nèi)部存在著氣隙(氣泡)。電木筒和層壓紙板的各紙層之間，由于真空浸漆或干燥工藝處理不好，就會(huì)在內(nèi)部形成空腔，浸油以后，油往往不能浸入空腔，從而形成氣隙;如果油處理不好也會(huì)有氣泡存在。氣泡的介電系數(shù)比絕緣材料的介電系數(shù)小，故絕緣內(nèi)部所含氣隙承受的電場(chǎng)強(qiáng)度比鄰近的絕緣材料高，達(dá)到使之擊穿的程度，從而使氣隙先發(fā)生放電;另外，在電場(chǎng)集中的地方，可能使局部絕緣(油或紙)擊穿或沿固體絕緣表面放電。

　　(4)變壓器內(nèi)不能有灰塵、雜物、特別是金屬粉塵和紙末纖維等，這些微小顆粒通過(guò)油附著在絕緣紙表面和油中的一些金屬極性雜質(zhì)顆粒，在電場(chǎng)中有可能極化并沿電場(chǎng)方向排列，形成導(dǎo)電小橋，若場(chǎng)強(qiáng)較高，超過(guò)極限時(shí)則在介質(zhì)上產(chǎn)生局部放電。

　　(5)變壓器內(nèi)器身干燥后，絕緣紙中的含水量<0.5%，一般大型變壓器中的絕緣紙板約在5t以上;變壓器油的水分：220kV≤15mg/kg，330～500kV≤10mg/kg。而單臺(tái)大型變壓器的用油量大約在25～100t左右范圍。這些情況說(shuō)明變壓器內(nèi)存在水分，水是極性分子，高電強(qiáng)對(duì)它有很強(qiáng)的吸引力，有的情況，當(dāng)絕緣中的含水量向高電場(chǎng)區(qū)集結(jié)到一定程度時(shí)，便發(fā)生局部放電。

　　3.2 局部放電的危害

　　局部放電有多種放電形式，在電場(chǎng)中常見(jiàn)的局部放電就有：氣泡放電、懸浮電位放電、絕緣表面和夾層放電及尖角放電等，各種局部放電對(duì)絕緣都有一定的破壞作用。在變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)中，引線(xiàn)的布置及端部絕緣電場(chǎng)分布不均勻的薄弱部位，由于場(chǎng)強(qiáng)集中或各種原因造成的場(chǎng)強(qiáng)畸變，使在高場(chǎng)強(qiáng)作用下發(fā)生局部放電，其放電質(zhì)點(diǎn)對(duì)絕緣的直接轟擊造成局部絕緣破壞。同時(shí)放電產(chǎn)生的熱和活性氣體，有的使局部絕緣腐蝕、電導(dǎo)增加，導(dǎo)致了絕緣性能下降，在嚴(yán)重的長(zhǎng)期局放作用下，有時(shí)會(huì)造成絕緣擊穿。通常，變壓器在運(yùn)行中的事故，多是從局部放電的發(fā)生開(kāi)始的，它的危害主要是絕緣壽命降低和影響**生產(chǎn)。

　　本文對(duì)局放的危害性?xún)H列舉以下情況，懸浮電位的危害性與發(fā)生放電的部位有關(guān)，嚴(yán)重情況，其放電量可能有幾萬(wàn)pC以上。例如：高電壓大型變壓器內(nèi)部的地屏，在加工制造上焊點(diǎn)不牢固存在隱患，若運(yùn)輸和運(yùn)行中受力的作用，使地屏中的紫銅帶與接地片的焊點(diǎn)斷裂，引起紫銅帶電位懸浮，其局部放電量會(huì)非常大，后果是變壓器解體返修。

　　產(chǎn)生局部放電的形式不同，其影響程度差異較大。其中一種是場(chǎng)強(qiáng)較高，局部放電通常發(fā)生在絕緣紙板的表面，放電波形如圖1所示。這種放電的特點(diǎn)是在放電的同時(shí)伴隨有劈啪劈啪的聲響。但紙板表面的局部放電不大危險(xiǎn)，也就是說(shuō)，擊穿時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于尖角放電。
　　還有一種放電強(qiáng)度較高，發(fā)生在尖角電極邊緣上，集中在少數(shù)幾點(diǎn)的局部放電，這種局部放電屬于腐蝕性放電，放電波形如圖2所示。由于這種放電能深入到絕緣紙板的層間和深處，遲早要導(dǎo)致?lián)舸?br />
腐蝕性放電

　　Fig.2Corrosivedischarge http://www.by-sxdq.com

　　局部放電是引起絕緣老化并導(dǎo)致?lián)舸┑闹饕?。在絕緣介質(zhì)中短時(shí)產(chǎn)生的放電，不會(huì)造成整個(gè)通道擊穿，當(dāng)局部放電形成離子撞擊時(shí)，可引起放電部位周?chē)慕橘|(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使用壽命。其損壞程度，取決于放電性能和放電作用下絕緣的破壞機(jī)理?？傊?，必須把局部放電消除或減少到允許的程度。

　　4 降低局部放電產(chǎn)生的措施
無(wú)局放試驗(yàn)變壓器
　　(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*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)方向排列在電極間形成導(dǎo)電“小橋”。開(kāi)始時(shí)靜電游離(局部放電)產(chǎn)生漏電通道，*終發(fā)展成為擊穿通道。

　　(3)產(chǎn)品在裝配過(guò)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?chē)斐赏{。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(xiàn)附近，其原因是制造工藝存在缺陷。降低引線(xiàn)周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度的方法：①增加引線(xiàn)每邊絕緣厚度;②加大引線(xiàn)的絕緣距離;③加大引線(xiàn)的直徑。從經(jīng)濟(jì)和制作角度考慮，可采用增加引線(xiàn)每邊絕緣厚度的辦法。

　　工藝缺陷對(duì)引線(xiàn)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(guò)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)大于局部許用場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，局部放電就發(fā)生了。

　　高壓引線(xiàn)出頭屏蔽包扎易出現(xiàn)的問(wèn)題：①金屬化皺紋紙沒(méi)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。②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。

　　(4)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)絕緣零部件的衛(wèi)生保管，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。

　　(5)對(duì)繞組、絕緣和器身引線(xiàn)等生產(chǎn)部門(mén)，要加強(qiáng)衛(wèi)生管理，保證產(chǎn)品生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的清潔度。

　　(6)加強(qiáng)對(duì)變壓器油的質(zhì)量管理，變壓器油在運(yùn)輸和貯存過(guò)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。①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)。②不要混用不同廠家的變壓器油。③保證使用的盛油器、導(dǎo)油管、凈油機(jī)等設(shè)備的潔凈。

　　(7)對(duì)新安裝的冷卻器、散熱器和潛油泵等組件要徹底清洗，避免內(nèi)部殘留老化油。如果變壓器運(yùn)輸和貯存停放的時(shí)間較長(zhǎng)，上述組件內(nèi)部殘留油長(zhǎng)期接觸空氣，也容易吸濕和劣化。所以安裝時(shí)應(yīng)沖洗，以防止油的質(zhì)量得不到保證，使變壓器內(nèi)部受到污染。

　　(8)要培訓(xùn)領(lǐng)導(dǎo)干部和技術(shù)工人學(xué)習(xí)局部放電知識(shí)，讓企業(yè)有關(guān)職工都明白“局部放電知識(shí)”內(nèi)容和解決問(wèn)題的方法，使全體職工群策群力常抓不懈的工作，企業(yè)的變壓器生產(chǎn)就會(huì)順利發(fā)展。
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