变压器局部放电故障的分析

产品简介

1.局部放电的产生原因

变压器的绝缘结构，内部存在气泡（气隙）、油隙和绝缘弱点是不可避免的。这些气泡（气隙）、油隙和绝缘弱点通常是在变压器制造过程中形成的。如油浸式变压器，在其制造过程中，由于浸漆、干燥和真空处理不彻底，在产品所用的电木筒内、绝缘纸板内、绝缘纸层间不可避免地会形成一些空腔。当绝缘油不能完全浸入空腔时，空腔内就会存在气泡（气隙）。又如绝缘油本身质量有问题或绝缘油处理不好等，那么注入变压器中的绝缘油内部也会存在一些气泡。由于气体的介电系数比油、纸等绝缘材科的介电系数小，所以，气隙承受的电场强度比油、纸绝缘的电场强度高。当外施电压达到某一定值时，这些气隙就会首先发生局部放电。另外，油纸绝缘内的油膜，油隔板绝缘结构中的油隙，特别是“楔形”油隙，金属部件、导线等处的尖角、毛刺，电场集中、场强过高的局部区域等也都容易产生局部放电。

2.局部放电的危害

变压器绝缘结构中的局部放电，尤其是放电量较大的油纸绝缘表面产生的局部放电，将对变压器的绝缘造成破坏。其破坏情况有两种，一是放电质点对绝缘的直接轰击，造成局部绝缘的损坏，并逐步扩大，直至使整个绝缘击穿；二是局部放电产生的热量、臭氧和氧化氮等活性气体的电化学作用，造成局部绝缘腐蚀老化，介质损耗增大，电导增加，最后导致绝缘热击穿。

局部放电对绝缘的危害程度，一方面取决于局部放电的强度，如放电量大小、放电能量大小、放电次数等，另一方面取决于绝缘的耐放电性能和局部放电作用下对绝缘的破坏机理。所以，局部放电对绝缘的危害，最终将导致变压器的绝缘寿命降低，并直接影响变压器在长期工作电压作用下的安全可靠运行。

3.局部放电故障的表现形式

电力变压器主要采用油-纸屏障绝缘，这种绝缘由电工纸层和绝缘油交错组成。由于变压器结构复杂、绝缘很不均匀。当设计不当，局部场强过高，工艺不良或外界原因等因素造成内部缺陷时，在变压器内必然会产生局部放电，并逐渐发展，最后造成变压器损坏。

电力变压器局部放电主要表现形式：

（1）绕组中部油-纸屏障绝缘中油通道击穿。

（2）绕组端部油通道击穿。

（3）绝缘导线的引线绝缘、搭接绝缘、相间绝缘与油的间隙击穿。

（4）线圈间（匝间、层间）纵绝缘油通道击穿。

（5）绝缘纸板围屏等的树枝放电。

（6）其他固体绝缘的爬电。

（7）绝缘中渗入的其他金属异物放电。

（8）固体绝缘材料的电老化。

1）局部放电引起绝缘材料分子结构的破坏。

2）放电点热效应引起绝缘的热裂解，增大了介质的电导和损耗，并产生恶性循环，加速老化过程。

3）放电过程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分子生成硝酸腐蚀绝缘体，导致绝缘性能劣化。

4）放电过程的高能辐射，使绝缘材料变脆。

5）放电时产生的高压气体引起绝缘体开裂，并形成新的放电点。

4.变压器局部放电的典型结构探讨

4.1引线

变压器绝缘结构中，引线布置很多。引线与引线之间的电场分布极不均匀。相同条件下，两根引线相互垂直比平行布置的最大电场强度高出10%左右，高压绕组首端引出线对箱壁以及对其外部的调压绕组，也是电场集中易产生局部放电的区域。

4.2端部绝缘构造

超高压电力变压器端部绝缘结构中通常在绕组端部加装防静电环，但防静电环与线圈端部间形成的楔形油隙为电场集中区域。

4.3变压器内部金属凸突面

如油箱内壁的焊接缝及附着在其上的焊渣，引线焊接时留下的尖角毛刺，铁心片剪切时形成的毛刺等。均会造成电场集中，使场强成倍增加。

4.4杂质

在变压器复合绝缘结构中，油所承受的电场较高，而油的击穿场强最低，这决定了变压器绝缘中最薄弱部分是油隙。而油中若含有的杂质，如金属和非金属颗粒、含水量、含气量等，会使油中电场发生畸变。

5.变压器局部放电故障的检测

5.1局部放电的检测意义

国家标准规定了变压器工频耐压试验、雷电冲击试验和操作冲击试验等绝缘试验项目。但是，这些绝缘试验与变压器长期工作电压对变压器的作用之间并没有固定的内在联系，长期工作电压对变压器的影响较各种过电压对变压器的影响更为严重和重要。所以，局部放电检测是考查变压器在长期工作电压作用下能否安全可靠运行的重要测试手段。

5.2局部放电的检测目的

（1）验证在标准规定的试验电压和时间内变压器的局部放电量是否符合标准和技术条件要求。

（2）当变压器局部放电量超过标准和技术条件规定时，通过对局部放电产生的原因进行分析和定位，然后加以排除。

（3）测量变压器的起始和终止放电电压，即施加电压上升时最初出现局部放电的最低放电电压和施加电压下降时最后消失局部放电的最高放电电压。

5.3局部放电的检测方法

变压器局部放电的检测方法可分为电气法和非电气法两大类。电气法中有脉冲电流法、介质损耗法和电磁辐射法。非电气法中有声波法、测光法、测热法和物理化学法。

（1）电气法。利用示波仪或无线电干扰仪，查找放电的特征波形或无线电干扰程度。

（2）超声波测法。检测放电中出现的声波，并把声波变换为电信号，录在磁带上进行分析，利用电信号和声信号的传递时间差异，可求得探测点到放电点的距离。

（3）化学测法。检测油中各种溶解气体的含量及增减变化规律。该测试法可发现油中的组成、比例以及数量的变化，从而判定有无局部放电（或局部过热）。

电气法的灵敏度较非电气法高，所以，一般多采用电气法。在电气法中采用最多的是脉冲电流法。在非电气法中，常采用声波（超声波）法，尤其是声波法多用来对局部放电源进行定位。

此外，近年来还研制出局部放电在线检测仪，能在变压器运行中进行自动检测局部放电。

6.控制局部放电的措施

（1）变压器设计时要控制各部分场强在允许的范围内，特别要注意对高压引线头和引线电场强度的控制。

（2）变压器在制造过程中特别要注意器身中各部件的清洁度，决不允许带入任何金属异物。

（3）装配前对焊接件、金属件要彻底清理加工过程中所残留的异物、杂物。注意在总装过程中所产生的金属异物的收集与清理。

（4）绝缘材料的使用要有选择，禁用环氧玻璃布板和其相似介电系数的材料，避免使用在真空处理时无法排出气体的绝缘材料。

（5）变压器真空注油时应保证真空度达到工艺要求，抽真空和静放时间要足够长，确保变压器所有部件被油浸透。

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