如何降低干式变压器局部放电及原因和控制措施

本文作者对干式变压器的改进设计及制造工艺，等方面措施并分析和控制干式变压器局部放电。

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1 引言

干式变压器其防火性能好，免维护得了广泛应用。但由于设计或生产过程中会潜伏工艺性缺陷因而产生局放，易引起绝缘击穿，时间长了甚至烧毁变压器。所以在变压器生产过程要注重设计及工艺的控制，把局放量降低到最小极限。

2 产生局部放电的原因

由于变压器中的绝缘体、金属等常会带有一些尖角、毛刺，致使电荷在电场强度的作用下，电荷容量会集于尖角位置上，从而引起放电。

环氧树脂浇注绝缘变压器在真空浇注时，如工艺控制不好也会造成内部有气泡而产生局部放电，环氧树脂绝缘体中一般情况下都存在一些微小空气间隙，通常气泡的介电系数要比绝缘体低很多，从而导致了绝缘体中气泡所承受的电场强度要远远高于和其相邻的绝缘材料，很容易达到被击穿的程度，使气泡先发生放电。如果导电体相互之间电气连接不良也容易产生放电情况，该种情况在金属悬浮电位中最为严重。

干式变压器绝缘结构在设计时层间或匝的场强过高，如绝缘结构设计不合理等，选择绝缘材料质量问题如果不是符合要求的伪质材料;绕线和烘燥及浇注工艺水平不到位;装配工艺水平装配得不好，如高低压引线的制作有毛刺或距离等都会影响局放量增大。

3 局部放电的危害

局部放电是一种是发生在绝缘表面放电。若能量较大，在绝缘体表面留下放电痕迹时，则影响变压器的寿命。如放电强度较高，发生在气穴或尖角电极上，集中在少数几点的局部放电形式为腐蚀性放电。此放电能深入到绝缘纸板的层间和深处，最终导致击穿。

短时间的放电不会造成整个通道的介质受损，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寿命。如干式变压器局放量严重超标其使用寿命一般在3～5年内出现内部绝缘老化而击穿烧毁。

4 干式变压器局放的控制

干式变压器主绝缘材料是以环氧树脂材料，安全性可靠。影响变压器局部放电的因素很多，其中主要的几点因素有产品原材料的选择、产品结构设计、绕组浇注工艺等。针对我们公司通过长期的设计调整、工艺改进、材料选择以及生产的实践提出以下控制措施。

1、绕组结构设计

①主绝缘距离，设计时应确保和考虑到高低压线圈和相间距离、高压线圈对地要有足够的绝缘距离，绝缘距离越大场强越小。还有高压线圈内壁绝缘可适当增加可有效地降低外部场强。

②高压线圈层间及段间设计，高压线圈层间和段间是控制整个线圈场强，若是高压绕组采用分段式绕制，线圈层间场强尽量控制在1000V/mm以下，如35kV的干式变压器段数可取12～18段以上，当然这给绕线工艺带来很烦锁。

③屏蔽控制，采用有效屏蔽，可以使尖角、毛刺及气隙均包在屏蔽层内，能有效地排除尖端和气隙放电，减少局放量。

2、线圈的绕制、装模及真空浇注工艺控制

干式变压器好坏都是线圈先发生故障。在绕制线圈时不能随意更改数据;装模引线焊接时，注意高温破坏线圈的绝缘，打磨尖角毛刺等;树脂配料及温度时间，浇注的速度必须严格遵守工艺，动态浇注应注意完成的时间，防止树脂粘度过大。

3、原材料的选择与控制

电磁线光无滑毛刺;绝缘材料应选择长期稳定的供应商，环氧树脂材料的应选择粘度小韧性好。因为在换新材料后，变压器在短期内发现不了什么问题。

5 干式变压器局放试验

1、局部放电的波形分析

首先在试加电压分别为1.8U倍，持续30秒;再将电压降至1.3U倍，持续3分钟。测量记录3min时间内的局部放电量。除此之外，还可以在局部放电检测仪示波器看出放电发生在工频的什么相位，测定脉冲波形和放电次数，观察整个局部放电的特征。以确定放电的大致部位和性质。示波器可用水平扫描和椭圆扫描。水平扫描时全屏偏转相当于一个周期，并与试验电压同步，以确定脉冲的相位。椭圆扫描也是每扫一周相当于试验电压一个周期。图1-1为两种扫描时屏上波形的示意图。

在局部放电试验时，除内部可能产生局部放电外，引线的联接和接地等，也可能会影响局部放电的波形。为此，要区别绝缘内部的局部放电与其他干扰的波形，图1-2就是几种典型的波形。

2、局部放电的图谱识别

图1-3为不同类型的局部放电示波图，示波图是在接近起始电压时得到的。其中图（a）、（b）、（c）、（d）为局部放电的基本图谱，（e）、（f）、（g）为干扰波的基本图谱。

（a）绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙，放电脉冲叠加于正与负峰之间的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等。但有时上下幅值的不对称度 3：1仍属正常。放电量与试验电压的关系是起始放电后，放电量增至某一水平時，随试验电压上升放电量保持不变。

（b）浇注绝缘结构。放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等，但有时上下幅值的不对称度3：1仍属正常。放电刚开始时，放电脉冲尚能分辨，随后电压上升，某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动，同时会出现幅值较大的脉冲，脉冲分辨率逐渐下降，直至不能分辨。起始放电后，放电量随电压上升而稳定增长，熄灭电压基本相等或低于起始电压。

（c）有一个气隙位于电极的表面。放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前，两边的幅值不尽对称，幅值大的频率低，幅值小的频率高。两幅值之比通常大于3：1，有时达10：1。总的放电响应能分辨出。放电一旦起始，放电量基本不变，与电压上升无关。熄灭电压等于或略低于起始电压。

（d）不同尺寸的气隙位于电极的表面，放电脉冲叠加于电压的止及负峰值之前两边幅值比通常为3：1，有时达10：1。随电压上升，部份脉冲向零位方向移动放电起始后，脉冲分辨率尚可;继续升压，分辨率下降直至不能分辨。放电起始后放电后随电压的上升逐渐增大，熄灭电压等于或略低于起始电压。如电压持续时间在10 min以后，放电响应会有些变化。

（e）较低电压下产生电晕放电，放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。这可帮助判断电压的零位，一对脉冲对称的出现在电压正或负峰处、每一簇的放电脉冲时间间隔均各自相等。但两簇的幅值及时间间隔不等，幅值较小的一簇幅值相等、较密。一簇较大的脉冲起始电压较低，放电量随电压上升增加;一簇较小的脉冲起始电压较高，放电量与电压无关，保持不变;电压上升，脉冲频率密度增加。

（f）针尖对平板或大地的气体介质。放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。这可帮助判断电压的零位。起始放电后电压上升，放电量不变，惟脉冲密度向两边扩散、放电频率增加。

（g）悬浮电位放电。在电场中两悬浮金属物体间，或金属物与大地间产生的放电。

（1）放电量保持不变，与电压无关，熄灭电压与起始电压完全相等。

（2）电压继续上升，在某一电压下，放电突然消失。电压继续上升后再下降，会在前一消失电压下再次出现放电。

（3）随电压上升，放电量逐渐减小，放电脉冲随之增加。

6 结论

干式变压器通过工艺的控制，可大大提高环氧干式变压器的局放问题，我们在生产实践中反复试验论证，可保证生产出的环氧干式变压器在局放量小于10pC内，完全达到国家标准中局放小于10pC的要求，其它技术指标也都符合相关国家标准GB T1094.11和GB/T10028要求。

参考文献：

[1]李金辉，降低电力变压器局放的措施[J]. 电工电气，2006，6：62

戴永林（1970-），男，江苏南京人，长期从事变压器研发和设计工作。