變壓器的局部放電是什么

　變壓器的局部放電是什么
　對變壓器局部放電試驗，我國在初期階段是對220kV級及以上變壓器執(zhí)行。后來新IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)設(shè)備*工作電壓Um≥126kV時，就要做變壓器局部放電測量。國家標(biāo)準(zhǔn)也做了相應(yīng)的規(guī)定，對設(shè)備*工作電壓Um≥72.5kV，額定容量P≥10000kVA的變壓器，如無其他協(xié)議，均應(yīng)進(jìn)行變壓器局部放電測量。

　　局部放電試驗方法按GB1094.3-2003中規(guī)定執(zhí)行，局部放電量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)不大于500pC。但用戶經(jīng)常要求小于等于300pC或小于等于100pC，這種技術(shù)協(xié)議要求，就是企業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　我國在大量生產(chǎn)500kV級變壓器后，對750kV、1000kV級超高壓變壓器及超高壓換流變壓器的生產(chǎn)正在快速發(fā)展，并躋身于世界發(fā)達(dá)國家行列。因此，電力部門對變壓器產(chǎn)品局部放電的要求也越來越高，局部放電引起了生產(chǎn)企業(yè)的高度重視。為進(jìn)一步提高變壓器的產(chǎn)品質(zhì)量，筆者對油浸式變壓器在生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)的局部放電問題進(jìn)行了探討，并對降低變壓器局部放電量提出了具體措施。

　　2 局部放電及其原理

　　局部放電又稱游離，也就是靜電荷流動的意思。在一定的外施電壓作用下，在電場較強(qiáng)的區(qū)域，靜電荷在絕緣較弱的位置首先發(fā)生靜電游離，但并不形成絕緣擊穿。這種靜電荷流動的現(xiàn)象稱為局部放電。對于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電，稱為電暈。

　　高壓試驗變壓器，變壓器油內(nèi)存在著大量的正、負(fù)離子和極性分子。因正、負(fù)離子的數(shù)量相等，故在油中不顯電性。由于絕緣紙板對油中的負(fù)離子和極性分子有吸附作用，使油中電荷產(chǎn)生了定向移動。

　　在強(qiáng)油導(dǎo)向冷卻系統(tǒng)中，當(dāng)開動油泵后，在器身內(nèi)部流速較快的區(qū)域，油中的正離子被流動的油帶走，使正、負(fù)離子產(chǎn)生分離。這樣就產(chǎn)生了油帶正電，固體絕緣材料帶負(fù)電，其帶有電量相等、符號相反的電荷。

　　電荷分離之后，可能沿著導(dǎo)電通路向大地泄漏，也可能與異性離子復(fù)合成中性分子。這種使電荷減少的過程，電荷松弛，但電荷松弛的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)慢于電荷積累的速度。

　　在相同條件下，油中含水量少，電荷密度會增加;而含水量多，電荷密度則降低。油的含氣量越大，油的絕緣強(qiáng)度越低，越容易產(chǎn)生放電。放電會使油產(chǎn)生分解，其分解生成物將導(dǎo)致油質(zhì)劣化，使油中的靜電帶電現(xiàn)象顯著，從而危及油的絕緣性能。變壓器油分析可以用絕緣油介電強(qiáng)度測試儀，介質(zhì)損耗測試儀。油處理可以使用DZJ-L真空濾油機(jī)來進(jìn)行過濾凈化處理。

　　對于產(chǎn)品的局部放電，要想滿足用戶要求，須在產(chǎn)品設(shè)計時認(rèn)真分析絕緣結(jié)構(gòu)的電場分布，留有絕緣裕度，并要適當(dāng)選擇**的絕緣材料。

　　由于真空處理不夠而殘存的氣泡及在耐壓試驗中分解出來的氣泡，均會隨時間的增加被油吸收而消失。所以，對于感應(yīng)耐壓和沖擊耐壓試驗后的變壓器，必須靜放一段時間再做局部放電試驗，否則，會因耐壓后分解出來的氣泡造成局部放電的假現(xiàn)象。

　　在局部放電試驗中，當(dāng)放電量超出標(biāo)準(zhǔn)值時，應(yīng)找出放電部位，以便進(jìn)行處理。這樣，對改進(jìn)絕緣結(jié)構(gòu)、提高工藝水平有指導(dǎo)意義。因此，測定局部放電部位是一項重要技術(shù)課題。

　　國內(nèi)采用超聲波方法對變壓器局部放電定位的測試技術(shù)，已應(yīng)用于實際中，并取得了良好的效果。

　　3 產(chǎn)生局部放電的原因和危害

　　3.1 產(chǎn)生局部放電的原因

　　(1)變壓器內(nèi)部的金屬件、絕緣件要圓整化，不能有任何尖角和毛刺。因為在高電場強(qiáng)度作用下，電荷容易集中到尖角的地方，從而引起放電。

　　(2)金屬接地部件之間、導(dǎo)電體之間電氣連接**，也會產(chǎn)生放電。尤其金屬懸

　　浮，情況更為嚴(yán)重。如110kV級及以上鐵心結(jié)構(gòu)的金屬連接件，其接觸面不涂漆;夾件上固定木件的小肢板與螺栓連接處不涂漆，以保證金屬連接件的緊密接觸;地屏上的銅皮與接地片必須焊牢，以避免接觸**或懸浮等。

　　(3)絕緣件內(nèi)部存在著氣隙(氣泡)。電木筒和層壓紙板的各紙層之間，由于真空浸漆或干燥工藝處理不好，就會在內(nèi)部形成空腔，浸油以后，油往往不能浸入空腔，從而形成氣隙;如果油處理不好也會有氣泡存在。氣泡的介電系數(shù)比絕緣材料的介電系數(shù)小，故絕緣內(nèi)部所含氣隙承受的電場強(qiáng)度比鄰近的絕緣材料高，達(dá)到使之擊穿的程度，從而使氣隙先發(fā)生放電;另外，在電場集中的地方，可能使局部絕緣(油或紙)擊穿或沿固體絕緣表面放電。

　　(4)變壓器內(nèi)不能有灰塵、雜物、特別是金屬粉塵和紙末纖維等，這些微小顆粒通過油附著在絕緣紙表面和油中的一些金屬極性雜質(zhì)顆粒，在電場中有可能極化并沿電場方向排列，形成導(dǎo)電小橋，若場強(qiáng)較高，超過極限時則在介質(zhì)上產(chǎn)生局部放電。

　　(5)變壓器內(nèi)器身干燥后，絕緣紙中的含水量<0.5%，一般大型變壓器中的絕緣紙板約在5t以上;變壓器油的水分：220kV≤15mg/kg，330～500kV≤10mg/kg。而單臺大型變壓器的用油量大約在25～100t左右范圍。這些情況說明變壓器內(nèi)存在水分，水是極性分子，高電強(qiáng)對它有很強(qiáng)的吸引力，有的情況，當(dāng)絕緣中的含水量向高電場區(qū)集結(jié)到一定程度時，便發(fā)生局部放電。

　　3.2 局部放電的危害

　　局部放電有多種放電形式，在電場中常見的局部放電就有：氣泡放電、懸浮電位放電、絕緣表面和夾層放電及尖角放電等，各種局部放電對絕緣都有一定的破壞作用。在變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)中，引線的布置及端部絕緣電場分布不均勻的薄弱部位，由于場強(qiáng)集中或各種原因造成的場強(qiáng)畸變，使在高場強(qiáng)作用下發(fā)生局部放電，其放電質(zhì)點對絕緣的直接轟擊造成局部絕緣破壞。同時放電產(chǎn)生的熱和活性氣體，有的使局部絕緣腐蝕、電導(dǎo)增加，導(dǎo)致了絕緣性能下降，在嚴(yán)重的長期局放作用下，有時會造成絕緣擊穿。通常，變壓器在運行中的事故，多是從局部放電的發(fā)生開始的，它的危害主要是絕緣壽命降低和影響**生產(chǎn)。

　　本文對局放的危害性僅列舉以下情況，懸浮電位的危害性與發(fā)生放電的部位有關(guān)，嚴(yán)重情況，其放電量可能有幾萬pC以上。例如：高電壓大型變壓器內(nèi)部的地屏，在加工制造上焊點不牢固存在隱患，若運輸和運行中受力的作用，使地屏中的紫銅帶與接地片的焊點斷裂，引起紫銅帶電位懸浮，其局部放電量會非常大，后果是變壓器解體返修。

　　產(chǎn)生局部放電的形式不同，其影響程度差異較大。其中一種是場強(qiáng)較高，局部放電通常發(fā)生在絕緣紙板的表面，放電波形如圖1所示。這種放電的特點是在放電的同時伴隨有劈啪劈啪的聲響。但紙板表面的局部放電不大危險，也就是說，擊穿時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于尖角放電。
　　還有一種放電強(qiáng)度較高，發(fā)生在尖角電極邊緣上，集中在少數(shù)幾點的局部放電，這種局部放電屬于腐蝕性放電，放電波形如圖2所示。由于這種放電能深入到絕緣紙板的層間和深處，遲早要導(dǎo)致?lián)舸?br />
腐蝕性放電

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　　局部放電是引起絕緣老化并導(dǎo)致?lián)舸┑闹饕颉Ｔ诮^緣介質(zhì)中短時產(chǎn)生的放電，不會造成整個通道擊穿，當(dāng)局部放電形成離子撞擊時，可引起放電部位周圍的介質(zhì)受損，而且放電的電解作用使絕緣加速氧化，并腐蝕絕緣，從而降低了變壓器的使用壽命。其損壞程度，取決于放電性能和放電作用下絕緣的破壞機(jī)理。總之，必須把局部放電消除或減少到允許的程度。

　　4 降低局部放電產(chǎn)生的措施
無局放試驗變壓器
　　(1)研究和分析絕緣結(jié)構(gòu)的電場分布、擊穿和局部放電特性，找出允許的*大場強(qiáng)。同時還需要加強(qiáng)技術(shù)管理，積累經(jīng)驗，提高企業(yè)的工作水平。

　　(2)操作人員要嚴(yán)格控制工藝規(guī)程，絕緣層壓件中不能有氣泡、水分和纖維雜質(zhì)，以免引起電場分布的畸變，導(dǎo)致局部電場強(qiáng)度的升高。另外，在強(qiáng)電場作用下，它們很容易按電場方向而極化定向，并沿電場方向排列在電極間形成導(dǎo)電“小橋”。開始時靜電游離(局部放電)產(chǎn)生漏電通道，*終發(fā)展成為擊穿通道。

　　(3)產(chǎn)品在裝配過程中，如果生產(chǎn)環(huán)境潔凈度不好，降塵量較大，使器身及油箱中附著許多雜質(zhì)顆粒，產(chǎn)品注油后，這些雜質(zhì)就會溶入油中，并對強(qiáng)電場周圍造成威脅。所以，企業(yè)對重點產(chǎn)品，可以考慮在一些重要的絕緣件上用酒精擦拭纖維粉末灰塵。

　　局部放電較大的部位多在引線附近，其原因是制造工藝存在缺陷。降低引線周圍電場強(qiáng)度的方法：①增加引線每邊絕緣厚度;②加大引線的絕緣距離;③加大引線的直徑。從經(jīng)濟(jì)和制作角度考慮，可采用增加引線每邊絕緣厚度的辦法。

　　工藝缺陷對引線電場的影響有：干燥不徹底、油質(zhì)低劣、器身暴露在空氣中的時間過長及充油時真空度不夠高等都是變壓器質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的原因。另外，電極不光滑出現(xiàn)小尖角或者絕緣有缺陷，都會使油中出現(xiàn)極不均勻電場，若高場強(qiáng)大于局部許用場強(qiáng)時，局部放電就發(fā)生了。

　　高壓引線出頭屏蔽包扎易出現(xiàn)的問題：①金屬化皺紋紙沒有拉緊，包扎時出現(xiàn)折疊，使屏蔽紙(電極)出現(xiàn)小尖角，尖角和絕緣紙間形成小油隙，成為電極缺陷。②外包絕緣紙未拉緊，絕緣紙出現(xiàn)折疊，折疊處形成小油隙，成為絕緣缺陷。應(yīng)用電場軟件計算得知，電極有缺陷時局部場強(qiáng)增大15%左右，絕緣有缺陷局部場強(qiáng)增大20%左右。

　　(4)變壓器油箱、鐵心夾件以及拉板等組部件應(yīng)嚴(yán)格按生產(chǎn)技術(shù)要求檢查驗收，尤其要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品內(nèi)部的圓整化要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量;另外，加強(qiáng)對絕緣紙板、層壓木、絕緣膠和煤油等的驗收檢查手段，杜絕使用低劣材料。同時還要重視對絕緣零部件的衛(wèi)生保管，避免被灰塵污染。

　　對大型電力變壓器的鐵心金屬件接觸面及螺孔內(nèi)部均要求不涂漆，確保鐵心接地系統(tǒng)良好。

　　(5)對繞組、絕緣和器身引線等生產(chǎn)部門，要加強(qiáng)衛(wèi)生管理，保證產(chǎn)品生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的清潔度。

　　(6)加強(qiáng)對變壓器油的質(zhì)量管理，變壓器油在運輸和貯存過程中，由于容器和管路的潔凈度及與空氣接觸吸濕等原因，會使油質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷下降。因此，對油質(zhì)管理應(yīng)采取嚴(yán)格的預(yù)防措施。①使用前要對變壓器油進(jìn)行驗收檢查，確保油質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)。②不要混用不同廠家的變壓器油。③保證使用的盛油器、導(dǎo)油管、凈油機(jī)等設(shè)備的潔凈。

　　(7)對新安裝的冷卻器、散熱器和潛油泵等組件要徹底清洗，避免內(nèi)部殘留老化油。如果變壓器運輸和貯存停放的時間較長，上述組件內(nèi)部殘留油長期接觸空氣，也容易吸濕和劣化。所以安裝時應(yīng)沖洗，以防止油的質(zhì)量得不到保證，使變壓器內(nèi)部受到污染。

　　(8)要培訓(xùn)領(lǐng)導(dǎo)干部和技術(shù)工人學(xué)習(xí)局部放電知識，讓企業(yè)有關(guān)職工都明白“局部放電知識”內(nèi)容和解決問題的方法，使全體職工群策群力常抓不懈的工作，企業(yè)的變壓器生產(chǎn)就會順利發(fā)展。
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