變壓器絕緣表面沿面放電問題

崔麗麗　韓旭東

摘 要：介紹了引起變壓器絕緣表面沿面放電的結構原因，變壓器絕緣表面沿面放電的兩個主要因素，概述了防止變壓器絕緣表面發生沿面放電的措施。

關鍵詞：變壓器；沿面放電；爬電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.180

1 前言

根據統計結果顯示，在變壓器的各類故障中由絕緣結構引起的故障仍占較大比重。因此解決好絕緣表面沿面放電問題對變壓器的安全運行非常重要。

2 絕緣表面沿面放電的結構原因

變壓器中同時采用油和固體絕緣材料，因此存在著沿固體和液體介質分界面上的放電問題。其結構基本上可以分為兩種，如圖所示：圖1中電力線基本沿著固體和液體的分界面，即相對于切線分量而言法線分量很小，固體介質的存在并不改變電極間的放電途徑；圖2中，電力線穿過固體和液體介質的交界面，切線分量和法線分量同時存在，此時兩電極間的放電途徑因固體介質的存在而發生改變。圖2所示結構是切線分量和法線分量同時存在的可滑閃結構，因此圖2結構的擊穿電壓比單純存在切線分量的圖1結構的擊穿電壓要低得多。（圖中虛線為沿面放電路徑）

當滑閃開始后，絕緣間隙距離不再起多大作用，因此在施加試驗電壓的情況下，不允許發生滑閃放電。滑閃結構放電電壓和電極的幾何形狀以及固體絕緣的密度有關。圖3為兩種不同幾何形狀電極的試驗裝置。將其浸泡在油中，施加50Hz工頻電壓，加壓間隔為5～10s，直至放電發生。結果表明b型電極比a型電極的放電電壓約低20%，而且放電電壓隨著紙板的密度的增加而降低。因紙板密度增加，其相對介電常數ε也相應增大，這樣使與紙板相鄰的油隙的電場強度增大。在變壓器的絕緣結構設計時，需要仔細地考慮電極形狀和選擇合適的絕緣紙板的牌號。

3 引起變壓器絕緣表面沿面放電的因素

在變壓器絕緣試驗中能夠發現絕緣表面發生沿面放電現象。引起沿面放電的主要因素有兩個：

（1）存在高電場強度的局部區域或“點”，高電場強度使其表面的變壓器油發生游離，產生帶極性的電荷，這是引起各種放電現象的根源；

（2）在絕緣表面存在著電場的沿材料表面和垂直材料表面的分量，也就是電力線和絕緣材料表面有一個小于直角的相交點，電荷在電力線的沿面分量的推動下向前運動，電荷在向前移動的過程中與絕緣材料表面摩擦產生大量的熱量，使絕緣材料表面發生炭化，出現黑色的爬電痕跡，稱為“黑痕”。當產生的熱量不足以使絕緣材料表面發生炭化，只是使絕緣材料的內部發生分解，產生氣體，造成絕緣材料表面有突起的爬電痕跡，稱為“白痕”。在絕緣材料表面不管發現了“黑痕”還是“白痕”，都可以認為已經發生過沿面放電。

當油流速度過大，造成變壓器油和絕緣材料劇烈摩擦，使油分子分離，負極性的電荷在絕緣材料表面聚集，使該部分的電場強度超過油的擊穿電場強度時就會發生沿面放電。當絕緣紙板表面受潮使其性能下降，也會發生沿面放電。

4 防止變壓器絕緣表面發生沿面放電的措施

變壓器內部的電場狀況比較復雜，均勻電場很少，繞組的餅間（不包括線餅的兩端）可以認為是均勻電場。而同一個鐵心柱和不同鐵心柱的兩個繞組之間、低壓繞組和鐵心屏蔽之間則是稍不均勻電場，其他幾乎是極不均勻電場。在極不均勻電場中，很容易出現沿絕緣表面的爬電并進而發生沿面放電，這種放電形式的放電電壓很低。變壓器內部極不均勻電場的狀況難以改變，因此該部位的絕緣結構布置合理與否是該電場中絕緣能否承受得住電壓作用的關鍵問題。在極不均勻電場中，絕緣結構布置一般遵循以下幾個原則：

（1）盡量降低“尖端”處以及此處油中的電場強度；

（2）盡可能地按等電位來布置絕緣結構；

（3）盡可能延長爬電路徑；

（4）要選用抗爬電性能好的絕緣材料。

5 結束語

在變壓器內部絕緣結構中，不可避免地存在著“爬電結構”。要提高絕緣結構的放電電壓，一般采用的方法是增加爬電距離或阻礙放電的發展。

參考文獻：

[1]保定天威保變電氣股份有限公司.電力變壓器手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.

[2]嚴璋，朱德恒.高電壓絕緣技術[M].北京：中國電力出版社，2001.

作者簡介：崔麗麗（1982-），女，遼寧沈陽人，工程師，主要從事變壓器類產品的研發和設計工作。