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变压器局部放电小知识
[  发布时间:2020-11-21 14:18:00    信息来源:全德电气股份  ]

第一节   变压器局放的基础知识

1、概述

根据国家标准规定,110kV及以上大型电力变压器要做局部放电试验,现在合同要求变压器高中压局放量小于100PC。局部放电对绝缘的影响,一是放电质点对绝缘的直接轰击造成局部绝缘破坏,逐步发展使绝缘击穿;二是绝缘内部的局部放电虽然不形成贯穿性通道,但放电产生的热,使介质出现局部的温度升高,甚至碳化。由于放电的电解作用,会产生臭氧、一氧化氮等一些活性气体,使局部绝缘受到腐蚀,逐渐造成绝缘的损伤,最后导致热击穿。通常,电气绝缘的破坏或局部老化,多是从局部放电开始的,所以,局部放电的危害性是使变压器绝缘寿命降低,影响变压器的安全运行。

2、什么是局部放电

对于变压器绝缘结构中,可能存在着一些绝缘弱点,它在一定的外施电压作用下会首先发生放电,但并不随即形成整个绝缘贯穿性击穿。这种只限于绝缘局部位置(弱点)处的放电就叫局部放电。

局部放电试验的目的:就是考核变压器在长期工作电压作用下,其产品绝缘能否长期安全运行的性能,发现变压器结构和制造工艺的缺陷。如:

(1)绝缘结构中局部电场强度过高,可能是局部绝缘(如油隙或固体绝缘)击穿或沿固体绝缘表面放电;

(2)绝缘混入杂质或局部带有缺陷;如绝缘纸筒、层压纸板、层压木板等,由于热压干燥工艺处理不好,就会在其内部形成空腔,当浸油以后,变压器油往往不能浸入此空腔,从而形成了气穴。如果浸入的变压器油处理不好时,油中会有气泡存在,同时存在着水分和杂质,在电场的作用下,杂质会形成“小桥“,泄漏电流的通过会使该处发热严重,促使水分汽化,形成气泡;同时也会使该处的油发生分解产生气体。绝缘内部存在的这些气穴(气泡),其介电常数比绝缘材料的介电常数要小,所以气穴上承受的电场强度比邻近的绝缘材料上的电场强度要高。气体(特别是空气)的绝缘强度却比绝缘材料低。这样,当外施电压达到一定数值时,绝缘内所含气穴上的场强就会先达到使之击穿的程度,从而气穴先发生放电。

(3)金属部件有尖角;尖端放电。

(4)产品内部金属接地部件之间、导电体之间电气联接不良等,以便消除这些缺陷,防止局部放电对绝缘造成破坏。

3 、局部放电产生的关键因素

产生局部放电的环节,一般是在电场集中和绝缘薄弱的部位。影响局部放电的因素很多,综合起来主要有三点:

(1)    绝缘材料的材质;

(2)    产品设计的绝缘结构;(没有多大问题)

(3)    生产加工制造工艺精细化程度。从试验角度分析产生局部放电的原因和部位,引起局部放电的关键因素有五个方面:①导电体和非导电体的尖角毛刺;②固体绝缘的空穴和缝隙中的空穴及油中的微量气泡;③在高电场下产生悬浮电位的金属物;

(4)   绝缘体表面的灰尘、脏污和异物。

(5)   绝缘干燥处理不好及表面受潮。上述关键因素应从设计、工艺、操作及管理等方面采取措施,严格控制

第二节   器身绝缘中与局放有关的知识

我厂变压器常用的绝缘材料有:变压器油、纸板、成型件以及油纸复合绝缘。油浸式变压器绝缘结构中所用的主要绝缘材料是变压器油和绝缘纸,即油纸绝缘结构。变压器油与绝缘纸相结合具有很高的耐电强度。比两者分开单独的油和纸任何一种材料都高的多,能产生1+1>2的效果。

在浸油良好的条件下,消除杂质程度决定了实际油纸绝缘可能达到的电气强度,因此实际生产过程的控制具有重要意义。油纸绝缘的缺点是两者均易被污染,含百分之几的杂质影响就很严重,因此,在工艺过程中,尽可能的获得较纯净的油和纸,并据此选择合适的工作场强,保证变压器绝缘结构可靠性。(强调净化,结合6S工作的开展)

变压器生产应在全封闭结构的净化车间中进行,通风设备安装空气过滤装置;采用煤油汽相干躁设备,该设备投用后可使变压器器身的清洁度更高,干燥更彻底。基本做到:不把异物带进器身;生产过程中不产生异物;运行中不出现新的异物。在插铁时注意控制铁轭处硅钢片摩擦散落的金属微粒,确保器身的清洁度。

除非纸完全被油浸透,则纸中会有空气或其他气体的空隙。这无疑将使纸的耐电强度降低,此时空隙上所承担的电压又比纸上高的多,空隙击穿并不意味着绝缘的损坏,这部分放电会产生局放的出现,会逐步腐蚀绝缘,最终可导致绝缘损坏,因此变压器的浸油与静放时间必须严格按照工艺文件的要求。

防局放问题中几个需要特别关注的问题:

①楔形油隙的放电问题。举例:压板开裂、垫板开裂、端圈垫块开裂、引线夹木、段间和匝间的小油隙、线匝与垫块的接触处、开裂,极易产生局放。楔形油隙的击穿强度降低,是绝缘弱点,在较高的电场作用下会首先发生局放。

②局部放电具体发生的典型部位。在变压器绝缘结构中按首先出现局放的绝缘介质,可分为气泡性及油中放电;而局部放电具体发生的典型部位又可分为:固体介质空穴处、电极尖角处、油隔板绝缘中的油隙、油楔以及油中沿固体介质表面处,其中以电极与固体介质接触的介质表面处为甚。

③关于电位与场强。局部放电起始放电电压决定于放电部位的局部场强,因此绝缘结构应按场强的概念来确定。在变压器中可能在各种不同部位上出现较高场强而导致局放,这些部位大多在某些油隙、油楔、空气隙,有悬浮电位的金属导体、导体尖角和固体表面上。而较高场强的部位不一定都出现于高电位。低电位或地电位也可能出现较高的场强。即变压器内不但在高电位上可出现局放,在低电位甚至地电位上也可能出现局放。例如地屏的有效可靠接地。例如夹件上的结构件如果倒角不好,与引线之间场强较高,这时候就在夹件上而不是引线上出现局放。

④压板、垫板等结构件中的反局放设计。(1)倒角(2)小浸油孔(3)小的槽(4)大张纸板(5)保证压力(6)胶的使用,涂抹均匀,防止气泡。

⑤关于静电板端部。对静电板端部绝缘的处理要十分细致。该处是场强最高的地方,处理不好,极易发生局放。要求严格按图纸,对齐,不伤静电环,保持高度净化。 ⑥对角环的处理。可以普遍地认为,凡是有角环的部位,均认为是绝缘结构中关键的部位,要特别慎重对待。角环的作用一是分割油隙(大油隙变为小油隙,提高耐电强度),二是增加爬距(降低爬电场强)。角环放置力求位置准确、保证厚度、服帖到位、不出现鸭脖子现象。设计时要留出压服余量。⑦关于地屏。地屏是高压电力变压器中关键的零件之一。起到了改善电极形状的作用。我厂220及以上的变压器普遍使用,必不可少。其机理如下:

空心导体如果腔内没有净电荷,在外电场达到静电平衡状态时,剩余电荷只能分布在外表面,导体内和空腔内任何一点处的场强都为零。因此,如果把任一物体放入空心导体的空腔内,该物体就不受任何外电场的影响。

导体铁心放在金属壳地屏内,由于静电感应,在地屏的内外表面将出现等量异性感应电荷,地屏的外表面的电荷所产生的电场就会对外界产生影响。

为了消除影响,可把地屏接地,则外表面的感应电荷因接地而被中和,相应的电场随之消失。由此可见,对于接地的地屏,外界的电场既不会影响地屏内的铁心,铁心也不会影响外界的电场。

上述的理论同样适用于焊接头、线圈出头等的屏蔽,在电力变压器中被广泛运用。

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