变压器局放的基础知识

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变压器局放的基础知识

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：

图（一）、无地屏

图（二）、有地屏（未接地）

图（三）、有地屏（有效接地）

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。

第三节 器身绝缘中的其它简单知识

变压器器身绝缘是主绝缘，是线圈到接地部分铁心和油箱的绝缘（主要是端部绝缘），线圈到其他线圈的绝缘（主要是同相线圈间主绝缘）。

变压器的器身绝缘是由一系列的绝缘件组成的，而绝缘件是由特定的绝缘材料构成的。绝缘材料的寿命决定了变压器的寿命，同样的绝缘结构在很大程度上依赖绝缘材料的性能，因此了解绝缘材料对进一步理解绝缘结构具有重要的意义。

针对一定电压等级变压器的绝缘需要,在变压器器身绝缘上分别采取了一定绝缘措施。主要是下述两部分。

1、线圈间主绝缘

线圈间主绝缘是油—隔板绝缘，隔板为绝缘纸筒。根据材料的绝缘性质可以决定线圈间主绝缘的电气强度，其中最主要的是紧靠线圈表面油隙中的电气强度。变压器一般采用薄纸筒小油隙结构。

薄纸筒小油隙的电气强度：线圈间主绝缘距离中纸筒≤4mm，油隙≤15mm时称薄纸筒小油隙结构。

2、端部绝缘的电气强度

端部绝缘是指线圈端部至铁轭和相邻线圈端部的绝缘。端部电场分布复杂，最大场强在高压线圈端部内侧油隙中。如果端部线段导线圆弧大或有附加绝缘，或加静电环，可以使最大场强减弱。如果又增加绝缘隔板、角环，则又使爬电距离增大。

目前，我国生产的油浸式变压器的绝缘结构，主要是采用油一隔板绝缘结构型式。下面对油一隔板结构的基本规律及其特点进行概要的分析。

油浸耐电强度的效体积效应。就是在均匀电场和稍不均匀电场中，变压器油的耐电强度随受电压作用的油隙体积的减小而提高，即变压器油具有“体积效应”。在变压器绝缘结构中，是采用普通绝缘纸板或瓦楞纸板将油隙分隔成若干小油间隔（体积）瓦楞纸板的高度正好是油一隔板主绝缘结构的油隙宽度。

在高压变压器绝缘结构中，隔板的数目随电压等级的提高而增多。但是油隙也不能过小，因为油流若受阻，散热困难，故选取油隙尺寸应适当，在变压器绝缘结构中的轴向油道，一般不宜小于6mm。

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