干式变压器局部放电

1、 在变压器绝缘结构中，多少会有些局部的绝缘弱点，它 在电场的作用下会首先发生放电，而不随即形成整个绝缘贯穿性击穿，这种导体间绝缘仅被局部桥接的电气放电现象简称为局部放电。局部放电可能发生在导体周围，也可能发生在绝缘体的表面或内部，发生在表面的称为表面局部放电，发生在内部的称为内部局部放电。 以空气为基本散热和绝缘的干式变压器中，它的绝缘系统是由各种不同材料、不同几何形状和尺寸组成的复合绝缘，它们各自在外施电压作用下所承受电场强度是不同的，这种不均匀性是客观存在的。于是在绝缘体内部或表面就会出现某些区域的电场强度高于平均电场强度，某些区域的电场强度低于平均场强，在高于平均电场强度的某些区域就会首先发生放电，而其它区域仍然保持绝缘的特性，这就形成了局部放电。

一般来说，产生较为严重放电的原因通常有下述几种：一是由于结构不合理，使电场分布极不均匀，形成局部电场过分集中，这就有可能使气隙或固体绝缘内部或表面发生放电。二是由于制造和工艺处理不当，如金属部件带有尖角、毛刺或绝缘体中含有杂质，局部有缺陷，这些部位的电场发生畸变造成放电。另外，变压器内部金属接地部件间或者导体间连接不良，也会产生局部放电。在实际测试中，我们注意的部位往往集中在空气隙、绝缘件的缺陷和金属毛刺等方面。 2、 局部放电发生在一个或几个很小的区域内（如绝缘内部气隙或气

泡），放电的能量是很小的，所以它的存在并不影响电气设备的短时绝缘强度。但是，如果一台变压器在运行电压下长期存在着局部放电现象，即使是微弱的放电，也会对变压器造成危害，它的破坏作用大致有两种：一是放电点长期对绝缘件轰击造成绝缘局部损坏，逐步扩大后，最终使绝缘击穿。二是长期放电产生的臭氧、氧化氮等活性气体在热的作用下，使局部绝缘受到腐蚀，电导增加，最后导至热击穿。 电气绝缘的破坏或局部老化，多数是从局部放电开始的，它的危害性突出表现在使绝缘寿命迅速降低，最终影响安全运行。也就是说，一台内部存在缺陷的干式变压器，尽管它可能通过了所有的出厂和验收绝缘试验(如外施工频耐压、感应耐压、雷电冲击试验等)。但在长期正常的运行中仍有可能发生击穿。这就是近年来人们对产品的局部放电量的测试，给予高度重视的原因。

二、H级绝缘SCR包封干式变压器的绝缘结构特征

这是一种非环氧树脂真空浇注或缠绕包封的变压器，也不是采用VI（真空浸渍）或VPI（真空压力浸渍）工艺的H级绝缘SG敞开干式变压器，而是采用相似于传统设计结合先进的绝缘材料、工艺技术制造的有卓越性能的变压器产品。

1、 H级绝缘SCR包封干式变压器极大多数为中等电压等级的配电变压器。在结构设计上，高压采用两个或多个分段层式线圈，为两个或多个绕组串联而成，它一方面降低了层间电压和对地电位，又增大了层间电容使其远大于对地电容，在冲击电压的作用下有很好的冲击分布。低压采用铜箔层式结构，它的安匝分布容易控制，减少了辐向漏

磁分量，降低了轴向电动力，同样在冲击电压的作用下有很好的冲击分布。

2、 在结构设计合理、工艺水平满足产品要求的前提下，如何选取一种较好的绝缘材料和不同材质之间合理的绝缘配合，目前已成为干式变压器制造技术的发展趋势。H级绝缘SCR包封干式变压器的绝缘结构其最重要的特征是主、纵绝缘件全部采用美国杜邦公司生产的NOMEX®绝缘材料。因此它具有很多的技术优势。

3、NOMEX®绝缘材料除了有阻燃、耐受高温、抗高频辐射等优良的化学稳定性能外，更具有突出的机械和电气性能。它给干式变压器能降低局放的主要因素是它的相对介电常数很接近空气。有关资料介绍通常在1.5-2.5之间，我们经过检测，常用的T410其相对介电常数平均在1.6左右。由于H级绝缘SCR包封干式变压器的主、纵绝缘全部采用NOMEX®绝缘纸，使得变压器内部和周围的电场比较均匀。因而它的局部放电特性比较稳定，并且放电量非常小，有时几乎无法读出数值。

几种变压器常用的绝缘材料相对介电常数如下表所示： 序号 电介质名称 介电常数 1 空气 1 2 NOMEX® 1.5-2.5 3 变压器油 2.2 4 硅油 2.7

5 聚脂类树脂、漆 3.1-3.2

6 无机材料 3-5 7 普通纤维纸 4.5 8 环氧树脂 4.6 9 玻璃纤维 5-6

4、在绝缘配合中场强与材料介电常数的关系如下： 设：环氧树脂 ε=4.5 NOMEX ε=1.5 空气 ε=1 电压 U=10000V； 距离：B0（空气）=B1（固体） 通过计算我们可以得到：

⑴在环氧树脂与空气配合的绝缘体系中 环氧树脂承受：1818.18V； 空气承受： 8181.82V；

⑵在NOMEX与空气配合的绝缘体系中 NOMEX®承受：4000V； 空气承受: 6000V。

若绝缘系统中有气隙或气泡时，其在以NOMEX®为主的绝缘体系中比在以环氧树脂为主的系统中所承受的电压下降了26.7 %。因此，由于NOMEX® 绝缘纸的介电常数接近空气，使得绝缘系统中电场分布就更为均匀，就不容易因为绝缘系统中存在气隙或气泡而产生局部放电。这是因为，容易造成局部放电的是绝缘体内部或表面的气泡，因为空气的介电常数总是小于液体或固体材料的介电常数。由于作用在绝缘材料上的电场强度与它的介电常数成反比。这就是说，如果在液体或固体介质中含有气泡，则气泡中的电场强度要比周围介质的电场

强度高，而气泡的击穿强度，总是比液体或固体介质低很多。因此气泡就首先发生放电，而此时其它介质仍然保持良好的绝缘，这就形成了局部放电。在选用了NOMEX®绝缘纸作为干式变压器绝缘材料后，改善了电场分布，避免了因气隙或气泡的存在而产生局部放电。 三、关于产品局部放电的检测

在国家标准《 GB / T 10228-1997 干式电力变压器技术参数和要求》中的试验方法及检验规则规定了对包封式线圈并采用树脂浇注工艺的变压器应进行局放测量。而对非树脂浇注工艺的干式变压器在局放试验中没有作具体规定。为了掌握产品的性能，我们坚持把局放试验项目作为变压器的出厂试验项目来考核。几年来在生产的2100多台SCR包封型干式变压器局放试验中，局放试验的结果都小于5pC（此数值实际上是局部放电测试仪和试验电源本身的干扰所产生的），并且稳定。

我们采用的局部放电试验的基本测量电路如图1和图2（仅是典型电路）所示：

图1 单相变压器局放试验的基本测量回路

图2 三相变压器局放试验的基本测量回路

试验电源的选取是根据变压器为单相或是三相来决定其低压绕组由单相还是三相电源供电，并使用100Hz及以上的电源频率，以避免试验时产生过大的励磁电流。

四、结束语

1、综上所述，由于NOMEX®绝缘纸的相对介电常数很接近空气和变压器油，这就给以空气为介质的干式变压器和以变压器油为介质的油浸变压器的内部或周围电位分布更为均匀。加之它还有其他良好的机械、化学和电气特性。合理的使用，对提高变压器的可靠性、安全性有很大的帮助。

2、在国际变压器行业中，采用NOMEX®绝缘的线圈是唯一的美国UL认定的中等电压变压器线圈。目前，欧美各国，也包括我国很多的变压器制造商越来越多的在采用美国UL认可的杜邦绝缘系统的变压器制造技术。