谈变压器的局部放电

谈变压器的局部放电 (1)

2009-01-21 09:26:10 来源：输配电产品应用变压器及仪器仪表卷 总第77期 浏览次数：306

• 介绍了变压器局部放电的基本原理及产生的原因和危害，并提出了降低局部放电产生

的措施。

关键字：变压器；局部放电；预防措施

1 前言

对变压器局部放电试验，我国在初期阶段是对220kV级及以上变压器执行。后来新IEC标准规定，当设备最高工作电压Um≥126kV时，就要做变压器局部放电测量。国家标准也做了相应的规定，对设备最高工作电压Um≥72.5kV，额定容量P≥10000kVA的变压器，如无其他协议，均应进行变压器局部放电测量。

局部放电试验方法按GB1094.3-2003中规定执行，局部放电量标准规定应不大于500pC。但用户经常要求小于等于300pC或小于等于100pC，这种技术协议要求，就是企业的产品技术标准。

我国在大量生产500kV级变压器后，对750kV、1000kV级超高压变压器及超高压换流变压器的生产正在快速发展，并跻身于世界发达国家行列。因此，电力部门对变压器产品局部放电的要求也越来越高，局部放电引起了生产企业的高度重视。为进一步提高变压器的产品质量，笔者对油浸式变压器在生产企业经常出现的局部放电问题进行了探讨，并

对降低变压器局部放电量提出了具体措施。

2 局部放电及其原理

局部放电又称游离，也就是静电荷流动的意思。在一定的外施电压作用下，在电场较强的区域，静电荷在绝缘较弱的位置首先发生静电游离，但并不形成绝缘击穿。这种静电荷流动的现象称为局部放电。对于被气体包围的导体附近发生的局部放电，称为电晕。

变压器油内存在着大量的正、负离子和极性分子。因正、负离子的数量相等，故在油中不显电性。由于绝缘纸板对油中的负离子和极性分子有吸附作用，使油中电荷产生了定向移动。

在强油导向冷却系统中，当开动油泵后，在器身内部流速较快的区域，油中的正离子被流动的油带走，使正、负离子产生分离。这样就产生了油带正电，固体绝缘材料带负电，其带有电量相等、符号相反的电荷。

电荷分离之后，可能沿着导电通路向大地泄漏，也可能与异性离子复合成中性分子。这种使电荷减少的过程，电荷松弛，但电荷松弛的速度远远慢于电荷积累的速度。

在相同条件下，油中含水量少，电荷密度会增加；而含水量多，电荷密度则降低。油的含气量越大，油的绝缘强度越低，越容易产生放电。放电会使油产生分解，其分解生成物将导致油质劣化，使油中的静电带电现象显著，从而危及油的绝缘性能。

对于产品的局部放电，要想满足用户要求，须在产品设计时认真分析绝缘结构的电场分布，留有绝缘裕度，并要适当选择优质的绝缘材料。

由于真空处理不够而残存的气泡及在耐压试验中分解出来的气泡，均会随时间的增加被油吸收而消失。所以，对于感应耐压和冲击耐压试验后的变压器，必须静放一段时间再做局部放电试验，否则，会因耐压后分解出来的气泡造成局部放电的假现象。

在局部放电试验中，当放电量超出标准值时，应找出放电部位，以便进行处理。这样，对改进绝缘结构、提高工艺水平有指导意义。因此，测定局部放电部位是一项重要技术课题。

国内采用超声波方法对变压器局部放电定位的测试技术，已应用于实际中，并取得了良好的效果。

3 产生局部放电的原因和危害

3.1 产生局部放电的原因

(1)变压器内部的金属件、绝缘件要圆整化，不能有任何尖角和毛刺。因为在高电场强度作用下，电荷容易集中到尖角的地方，从而引起放电。

(2)金属接地部件之间、导电体之间电气连接不良，也会产生放电。尤其金属悬

浮，情况更为严重。如110kV级及以上铁心结构的金属连接件，其接触面不涂漆；夹件上固定木件的小肢板与螺栓连接处不涂漆，以保证金属连接件的紧密接触；地屏上的铜皮与接地片必须焊牢，以避免接触不良或悬浮等。

(3)绝缘件内部存在着气隙（气泡）。电木筒和层压纸板的各纸层之间，由于真空浸漆或干燥工艺处理不好，就会在内部形成空腔，浸油以后，油往往不能浸入空腔，从而形成

气隙；如果油处理不好也会有气泡存在。气泡的介电系数比绝缘材料的介电系数小，故绝缘内部所含气隙承受的电场强度比邻近的绝缘材料高，达到使之击穿的程度，从而使气隙先发生放电；另外，在电场集中的地方，可能使局部绝缘（油或纸）击穿或沿固体绝缘表面放电。

(4)变压器内不能有灰尘、杂物、特别是金属粉尘和纸末纤维等，这些微小颗粒通过油附着在绝缘纸表面和油中的一些金属极性杂质颗粒，在电场中有可能极化并沿电场方向排列，形成导电小桥，若场强较高，超过极限时则在介质上产生局部放电。

(5)变压器内器身干燥后，绝缘纸中的含水量＜0.5％，一般大型变压器中的绝缘纸板约在5t以上；变压器油的水分：220kV≤15mg/kg，330～500kV≤10mg/kg。而单台大型变压器的用油量大约在25～100t左右范围。这些情况说明变压器内存在水分，水是极性分子，高电强对它有很强的吸引力，有的情况，当绝缘中的含水量向高电场区集结到一定程度时，便发生局部放电。

3.2 局部放电的危害

局部放电有多种放电形式，在电场中常见的局部放电就有：气泡放电、悬浮电位放电、绝缘表面和夹层放电及尖角放电等，各种局部放电对绝缘都有一定的破坏作用。在变压器内部绝缘结构中，引线的布置及端部绝缘电场分布不均匀的薄弱部位，由于场强集中或各种原因造成的场强畸变，使在高场强作用下发生局部放电，其放电质点对绝缘的直接轰击造成局部绝缘破坏。同时放电产生的热和活性气体，有的使局部绝缘腐蚀、电导增加，导致了绝缘性能下降，在严重的长期局放作用下，有时会造成绝缘击穿。通常，变压器在运行中的事故，多是从局部放电的发生开始的，它的危害主要是绝缘寿命降低和影响安全生产。

本文对局放的危害性仅列举以下情况，悬浮电位的危害性与发生放电的部位有关，严重情况，其放电量可能有几万pC以上。例如：高电压大型变压器内部的地屏，在加工制造上焊点不牢固存在隐患，若运输和运行中受力的作用，使地屏中的紫铜带与接地片的焊点断裂，引起紫铜带电位悬浮，其局部放电量会非常大，后果是变压器解体返修。

产生局部放电的形式不同，其影响程度差异较大。其中一种是场强较高，局部放电通常发生在绝缘纸板的表面，放电波形如图1所示。这种放电的特点是在放电的同时伴随有劈啪劈啪的声响。但纸板表面的局部放电不大危险，也就是说，击穿时间远远长于尖角放电。

图1 表面放电

还有一种放电强度较高，发生在尖角电极边缘上，集中在少数几点的局部放电，这种局部放电属于腐蚀性放电，放电波形如图2所示。由于这种放电能深入到绝缘纸板的层间和深处，迟早要导致击穿。

图2 腐蚀性放电

Fig.2Corrosivedischarge

局部放电是引起绝缘老化并导致击穿的主要原因。在绝缘介质中短时产生的放电，不会造成整个通道击穿，当局部放电形成离子撞击时，可引起放电部位周围的介质受损，而且放电的电解作用使绝缘加速氧化，并腐蚀绝缘，从而降低了变压器的使用寿命。其损坏程度，取决于放电性能和放电作用下绝缘的破坏机理。总之，必须把局部放电消除或减少到允许的程度。

4 降低局部放电产生的措施

(1)研究和分析绝缘结构的电场分布、击穿和局部放电特性，找出允许的最大场强。同时还需要加强技术管理，积累经验，提高企业的工作水平。

(2)操作人员要严格控制工艺规程，绝缘层压件中不能有气泡、水分和纤维杂质，以免引起电场分布的畸变，导致局部电场强度的升高。另外，在强电场作用下，它们很容易按电场方向而极化定向，并沿电场方向排列在电极间形成导电“小桥”。开始时静电游离（局部放电）产生漏电通道，最终发展成为击穿通道。

(3)产品在装配过程中，如果生产环境洁净度不好，降尘量较大，使器身及油箱中附着许多杂质颗粒，产品注油后，这些杂质就会溶入油中，并对强电场周围造成威胁。所以，企业对重点产品，可以考虑在一些重要的绝缘件上用酒精擦拭纤维粉末灰尘。

局部放电较大的部位多在引线附近，其原因是制造工艺存在缺陷。降低引线周围电场强度的方法：①增加引线每边绝缘厚度；②加大引线的绝缘距离；③加大引线的直径。从经济和制作角度考虑，可采用增加引线每边绝缘厚度的办法。

工艺缺陷对引线电场的影响有：干燥不彻底、油质低劣、器身暴露在空气中的时间过长及充油时真空度不够高等都是变压器质量达不到标准要求的原因。另外，电极不光滑出现小尖角或者绝缘有缺陷，都会使油中出现极不均匀电场，若高场强大于局部许用场强时，局部放电就发生了。

高压引线出头屏蔽包扎易出现的问题：①金属化皱纹纸没有拉紧，包扎时出现折叠，使屏蔽纸（电极）出现小尖角，尖角和绝缘纸间形成小油隙，成为电极缺陷。②外包绝缘纸未拉紧，绝缘纸出现折叠，折叠处形成小油隙，成为绝缘缺陷。应用电场软件计算得知，电极有缺陷时局部场强增大15%左右，绝缘有缺陷局部场强增大20%左右。

(4)变压器油箱、铁心夹件以及拉板等组部件应严格按生产技术要求检查验收，尤其要强调产品内部的圆整化要求，以保证产品质量；另外，加强对绝缘纸板、层压木、绝缘胶和煤油等的验收检查手段，杜绝使用低劣材料。同时还要重视对绝缘零部件的卫生保管，避免被灰尘污染。

对大型电力变压器的铁心金属件接触面及螺孔内部均要求不涂漆，确保铁心接地系统良好。

(5)对绕组、绝缘和器身引线等生产部门，要加强卫生管理，保证产品生产各环节的清洁度。

(6)加强对变压器油的质量管理，变压器油在运输和贮存过程中，由于容器和管路的洁净度及与空气接触吸湿等原因，会使油质标准不断下降。因此，对油质管理应采取严格的预防措施。①使用前要对变压器油进行验收检查，确保油质符合标准。②不要混用不同厂家的变压器油。③保证使用的盛油器、导油管、净油机等设备的洁净。

(7)对新安装的冷却器、散热器和潜油泵等组件要彻底清洗，避免内部残留老化油。如果变压器运输和贮存停放的时间较长，上述组件内部残留油长期接触空气，也容易吸湿和劣化。所以安装时应冲洗，以防止油的质量得不到保证，使变压器内部受到污染。

(8)要培训领导干部和技术工人学习局部放电知识，让企业有关职工都明白“局部放电知识”内容和解决问题的方法，使全体职工群策群力常抓不懈的工作，企业的变压器生产就会顺利发展。

参考文献：

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