關于現階段高壓電力變壓器絕緣故障分析與防范

朱昱達 李倩

摘 要：新時期背景下，國內經濟持續快速發展，電力工程建設取得了突飛猛進的發展，且隨著各行各業對電能的需求量不斷提升，衍生出了一系列電力工程項目。而在眾多電力工程中，變壓器作為電力輸送的關鍵電氣設備，在整個電力系統中發揮著不可或缺的作用，其運行的穩定性關乎系統整體性能。為能夠從根本上保障變壓器實際運行成效，需加強對變壓器故障的有效防范。對此，本文著重對高壓電力變壓器絕緣故障類型及其事故預防進行重點探究，確保變壓器內部隱患的徹底消除。

關鍵詞：高壓變壓器;絕緣故障;防范

一、高壓電力變壓器絕緣故障類型

1.固體絕緣材料故障

①纖維材料

電力變壓器中最為常見的絕緣材料當屬絕緣紙纖維材料。紙纖維主要提取于植物中基本固體組織成分，其中主要包含正負電原子核，絕緣材料與金屬導體不同自由電子幾乎為零，離子電導則是絕緣體中極小電導電流的主要來源。

紙纖維具有吸潮性。一般情況下，紙纖維吸水時易于削弱氫氧根之間的相互作用，機械強度在纖維結構不穩定的情況下急劇惡化。因此，若要確保紙絕緣能夠正常使用，需經過干燥、真空干燥、浸油或浸絕緣漆等處理后方可使用。其中，浸絕緣漆的主要目的是為了提升纖維的絕緣性、化學穩定性以及機械強度。

②固體絕緣材料老化

固體絕緣最大的特點就是非可逆性的老化，特別是機械老化和電氣強度老化后均不可恢復。在高壓電力變壓器絕緣結構中，主要包括以下幾部分：絕緣紙、絕緣卷、絕緣板、絕緣綁扎帶以及絕緣墊等，而纖維素是其中最為主要的成分之一。通常情況下，新紙的聚合度約為1300，當聚合度不足250，機械強度降50%以下，極度老化使壽命終止的聚合度為150-200。當絕緣紙發生老化后，無論是聚合度還是抗張強度均隨之降低，并生成水、糖醛等。

老化后產物直接危害電氣設備，降低絕緣紙的體積電阻率和擊穿電壓、增大介損、削弱抗拉強，甚至對設備中的金屬材料產生腐蝕。為避免上述現象發生，應確保電力變壓器固體絕緣材料的機械性和絕緣性。

判斷固體絕緣性能可取樣測量紙或紙板的聚合度或利用高效液相色譜分析技術測量油中糠醛含量。常見固體絕緣材料故障如下。

第一，纖維脆裂。當纖維材料過度受熱后，當中的水分將被蒸發，進而加劇了纖維材料的脆化。紙材脆化后容易剝落，再加上各種沖擊力的影響，如，機械震動、操作波以及電動應力等，可能產生絕緣故障甚至引發嚴重的電氣事故。

第二， 纖維材料機械強度下降。隨著受熱時間的延長，纖維材料的機械強度也隨之下降，當變壓器發熱后排除絕緣材料水分，將增加絕緣電阻，極大程度上降低機械強度。

第三，纖維材料本身收縮。纖維材料先脆化后收縮，夾緊力降低，改變收縮位置，使變壓器繞組在沖擊電壓或電磁振動下因移位摩擦而對絕緣性產生影響。

2.液體絕緣材料故障

變壓器油屬于液體類的絕緣材料，從成分來看主要包括樹脂、烴、酸和其它雜質混合物，上述各類成分具有一定的不穩定性，再加上溫度、光合作用以及電場的影響之下將加速氧化。一般，變壓器油氧化過程需要消耗大量時間，但當金屬、氣體、雜質等混入變壓器油中會加速氧化，改變油的性質。

二、變壓器絕緣事故及預防

1.懸浮導體

根據高壓變壓器的結構特征來看，高壓套管的均壓球、穿心螺桿上的緊固螺釘、導電回路的固定螺釘以及油箱磁屏蔽的接地螺釘等均屬于可能產生金屬件松動或脫落。在高壓變壓器中，為了避免各結構件產生雜散損耗，通常將電工鋼帶組成的屏蔽材料安裝于油箱壁及結構件上，這種磁屏蔽主要是依托于接地螺栓進行接地處理，如果接地不良或者發生脫落，將會磁屏蔽懸浮放電，若未能及時處理將會引發故障。為避免金屬緊固件發生松動或者脫落，需在變壓器裝配過程中做好裝置的緊固和鎖緊措施，但由于操作疏忽或安裝工藝不合理，金屬緊固件松動或脫落引起放電。

2.金屬異物

相較于金屬性雜質，金屬異物體積較大。所謂金屬異物主要是檢修和制造過程中的殘留物，或變壓器生運行過程中的生成物，如，冷卻油管路內部的焊渣等。金屬異物對絕緣的危害主要包括絕緣擊穿和局部放電等。局部放電試驗可在一定程度上有效判斷金屬異物，因此，變壓器出廠前或檢修后都需要進行局部放電試驗，進而將此類故障發生率將至最低。

3. 雜質

水分、氣體、固體雜質等均屬于變壓器內部雜質，本研究主要分析變壓器與固體雜質之間關系。固體雜質（又稱“異物”）分為3種，即，導磁性雜質、導電性雜質以及非導電性雜質。在高場電中，雜質容易發生放電現象，為避免器身受到雜質的影響，制造廠應采取以下幾種措施，以達到防塵目的：

第一，環境條件的要求，通常，220kv及以上電壓等級的產品在空調室內完成，空調室內的降塵量每天不高于15mg/cm2，溫度則在16-28℃，相對濕度則不高于60%;

第二，進入室內應穿專用的工作服和潔凈鞋，確保所使用工具的規范性;

第三，鐵心、絕緣件以及繞組等待組裝的部件在放置時應遮蓋好，裝配前可用吸塵器做好相應的清掃工作。

4.絕緣受潮

正常運行的變壓器，油和紙中的含水量是較低的，也是比較穩定的。變壓器絕緣受潮主要由以下因素引起：（1）密封不良。變壓器密封部位（如變壓器上部的套管法蘭及升高座法蘭處、套管將軍帽、壓力釋放裝置、冷卻器法蘭、鐵心接地套管下部等處）密封不嚴都會導致雨水侵入變壓器。若水分滲漏到繞組上，導致繞組匝間短路，繼而引發故障。（2）水冷卻器漏水。水冷卻器管道升裂和開焊，會使大量水分進入變壓器油中，引起繞組燒毀。（3）進油管道內部及套管均壓球內部有積水，安裝時未清理干凈，水分隨油淋到器身上，引起絕緣事故。（4）凝結水流入。變壓囂油中的水分蒸發至儲油柜內，遇冷凝結。儲油柜底部凝結水過多，回流入變壓器，引起繞組燒毀。

三、結語

綜上所述，采用不同方法有效預防高壓變壓器絕緣故障，可促進電能輸出更加可靠，有力保障電力系統的安全、穩定運行。

參考文獻：

[1] 李儉，孫才新，陳偉根，等. 基于灰色聚類分析的充油電力變壓器絕緣故障診斷的研究[J]. 電工技術學報，2017，17（4）：80-83.

[2] 盧寧. 電力變壓器絕緣故障綜合診斷方法芻議[J]. 電力系統裝備，2019（4）：120-121.