淺析油浸式變壓器的局部放電問題

蔣燕 王新衛

引言：本文主要介紹了油浸變壓器局部放電的概念、產生根本原因、相關因素。分析了變壓器局部放電對變壓器絕緣的危害，并通過實際設計、生產經驗闡述了減小變壓器局部放電的具體措施及注意事項。

電力變壓器是電力系統中關鍵的設備之一，它的安全運行歷來是制造部門十分重視的問題。而變壓器內部絕緣由于各種原因，在一定的電壓下，內部了發生局部的、重復的擊穿和熄滅現象。這種局部放電發生在一個或幾個很小的空間，放電的能量是很小的，局部放電的存在并不影響電氣設備的短時絕緣強度。但變壓器在運行電壓下，如在不可恢復的絕緣中存在局部放電現象，這些微弱的放電能量和由此產生的一些不良效應，可以慢慢損壞絕緣。久而久之，最后導致整個絕緣被擊穿，威脅到變壓器的安全穩定的運行，這一現象的危害性已逐漸被人認識。2003年以前，國標規定110KV局部放電試驗為型式試驗，而在2003年，國標GB1094.3-2003最新規定110KV變壓器的局部放電試驗為例行試驗，正是為了提高電氣設備運行可靠性而提出的。

一、變壓器的局部放電概念

（一）“局部”的兩個意義

1.變壓器中某一個位置或若干位置發生的小區域的放電現象；

2.指絕緣的巨大表面的某一點或若干點放電，但放電點并沒有構成電極間的擊穿。

（二）局部放電的根本原因

1.電場的存在（必要條件），場強要達到一定程度（充分條件）即可能發生局部放電；

2.變壓器絕緣存在薄弱點，承受不了該處的場強。

二、產生局部放電的具體原因及相關因素

（一）電場集中。電場集中包含了電極、絕緣結構、線圈及引線結構、電場疊加等方面的內容。

1.電極的形狀：電極對平面與尖角是不同的。電荷集中在電極表面，若電荷密度能平均分配，則電場相對均勻，若電荷不平均則電荷多的，場強較高。而且無論是帶電的電極還是不帶電（零電位）電極，也包括絕緣件，其表面的曲率半徑，對場強的影響都是重大的。因此在變壓器結構中高場強處，無論是鐵件還是絕緣件都需倒棱、倒圓角、無毛刺。

2.絕緣結構是否合理，線圈的形式是否合理。以絕緣結構為例：110KV器身絕緣中盡量避免楔形油隙；在減小主空道時，注意增加低壓線圈匝絕緣厚度；在高壓線圈內側增加內墊紙條1mm，降低線餅輻向場強，以提高撐條表面放電電壓的目的。

3.電場疊加問題，在同一時間兩波相加電場強，兩波相減電場弱。電場疊加主要反映在線圈出頭布置，引線走向的布置。如：異相引線的交叉，就可能引起局部的電場疊加。使該處場強很強。引線交叉的地方，盡可能拉開距離，防止疊加場強。在有載調壓分接引線中，如高電壓等級分接范圍±8×1.25%中，引線的排列不能讓分接頭1和分接頭8放在一起，這樣兩者之間電場強度大，應盡量減小兩個引線之間的電壓差，從而減小場強。

（二）懸浮電位。即在變壓器中，沒有確定電位的金屬件或金屬異物。大多數沒有確定電位的金屬件在電場中都存在感應電位，帶有感應電位的金屬件就可能有局部放電現象，甚至與其周圍絕緣件發生擊穿。懸浮電位在發生局部放電后，瞬時可將電位降到零，然后再感應，再放電使周邊絕緣件的絕緣能力逐步下降。其特點是：一開始并不顯現出來，一但對周邊絕緣發生侵蝕作用，發展就會迅速起來，所以及其危險。變壓器中懸浮電位通常有：

1.金屬異物：主要是操作不慎掉入器身中的異物；

2.夾雜上絕緣材料中的金屬粉塵等；

3.不可靠接地及不可靠的電位點；

（三）氣泡。氣泡是指變壓器的油中或固體絕緣件中的空腔里夾雜的空氣。它與油中溶解氣體是不同的概念。變壓器油含氣量的概念是指溶解在油中氣體的量，它無論多大，只要無分離出來氣泡，則對局放是沒有影響的。一旦分離出氣泡對局部放電的影響很大。由于氣泡的容腔是氣體，在交流電場的作用下復合絕緣中分擔的場強與材料的介電常數成反比，即E1×ε1= E2×ε2，空氣的介電常數ε1近似于1，油的介電常數ε2似近于2.2，因此氣泡存在使電場非常不均勻，大部分集中到氣泡上，氣泡首先游離放電，增大放電量。在變壓器中，粘貼絕緣件時，用膠用漆都不應過多，將多余的膠瘤去掉，否則膠鼓起，里夾有氣泡，引局部放電。油浸式變壓器中，氣泡主要包括：

1.油中氣泡；2.層壓絕緣件中空腔；3.注塑件（如螺桿、螺母）中的蜂窩孔；4.漆瘤、膠瘤、電木筒氣泡等。

三、減小局部放電的具體措施

隨著變壓器的設計和工藝制造質量的逐步發展，變壓器局部放電的視在放電量已從20世紀80年代開始時上千PC逐步下降至小于500PC，甚至更低。由于各個企業的技術條件及生產，工藝條件的不盡相同，其局部放電量是不一樣的。廠家可實際生產經驗采取一定的措施，盡力降低局部放電量。

（一）制造材料的選用，變壓器銅線應光滑，無毛刺；絕緣材料無氣孔及雜質、異物。

（二）在選用組件時，要對組件進行嚴格檢查，保證組件（如，開關，套管等）本身的局部放電量要足夠低。

（三）設計時，從消除電場集中上下功夫，要控制各部分電場強度在允許的范圍內。如確定零部件倒角的尺寸、位置；特別要注意引線電場強度的控制，選擇引線的截面及形式，引線的排列方式，各部位的絕緣距離等。

（四）在工藝制造過程中，要特別注器身中各部件的清潔，決不允許帶入任何金屬異物；作業環境要潔凈；產品真空干燥處理水平要適應各電壓等級的要求，嚴格按工藝要求執行；變壓器裝配中使用的各個金屬零部件，絕對不允許出現懸浮。

（五）在裝配過程中要注意各個附件的清潔度，對外購件進行檢查，對自行加工的零部件，也必須做到干凈清潔。特別是焊接件、金工件，要徹底清理加工過程中所殘留的異物和雜物，也要注意在總裝過程中，新產生的金屬性異物的收集與清理。

（六）變壓器總裝配后，必須在高真空的條件下（如133Pa）進行注油，而且在整個注油過程中，都要保持這個真空度。注油結束以后的補油，也應在真空狀態下進行。變壓器注油后，要有相當長的時間的靜放，對于110kV等級變壓器至少靜放時間為36小時，使變壓器中可能殘存的氣體被變壓器油充分吸收，避免在進行局部放電試驗時發生氣體放電。

（七）選擇合適的試驗方法及適當的屏蔽措施。變壓器局部放電試驗過程中對局部放電影響也很大。

1.試驗時，應盡量消除環境外部干擾。試驗電源用可控硅勵磁；試驗站應埋設專門的接地網；外部設備用電引起的干擾，可避開吊車滑線，上下閉合。

2.套管式電流互感器、套管未屏是否接地；

3.試驗高電壓端加裝屏蔽等等。

四、結論

綜上所述，影響變壓器局部放電的因素很多，主要有三點：⑴材料的純凈；⑵產品設計的絕緣結構；⑶工藝處理（除水、除汽、除雜質）。從產生局部放電的原因及部位分析，引起變壓器局部放電的關鍵因素有四個方面：⑴導電體及非導體的尖角毛刺；⑵固體絕緣的空穴、縫隙中的空穴及油中微量的氣泡；⑶高電場下產生的懸浮電位的金屬物；⑷絕緣體表面的灰塵及臟物。它們之間互有影響，環環相扣，并不是孤立的。應從設計、工藝、生產、操作、管理各方面采取措施，嚴格控制。使變壓器整個工藝過程均在可控的條件進行，這樣才能使變壓器的局部放電的量值更低一些，才能生產出更優質的產品。

參考文獻

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