浅谈变压器的局部放电问题

浅谈变压器的局部放电问题

张建冬

（宝武集团八钢公司能源中心热力分厂新疆乌鲁木齐830022）

摘要：电力变压器是电力系统中重要的电气设备之一，其运行状态的好坏将直接影响着电网的安全运行。当变压器使用处理不当的变压器油或制造工艺的原因，变压器中会有局部放电现象。电力变压器绝缘缺陷如果长时间不被解决，将会导致其内部绝缘状况下降，严重时会引起局部电力系统发生崩溃，给人们的生产和生活带来巨大损失。基于此，文章就变压器的局部放电问题进行简要的分析，希望可以提供一个借鉴。

关键词：变压器；局部放电；问题

1.局部放电概述

理论上，变压器稳定运行的实现条件是要通过短时工频耐受电压以及冲击耐压试验。在变压器技术发展的过程中，实际生产及试验总结出的经验显示，变压器电压未超过额定值时，也难以避免绝缘故障现象产生。事实上，变压器因其制造工艺或环影响不可避免地存在相对薄弱的部分，该部分在变压器工作时产生局部放电，绝缘性能因此降低，长此以往最终导致击穿现象的发生，严重影响经济和人身安全。由此可见，对于变压器特别是超高压变压器在长期工作电压下能否正常稳定工作，除了要通过短时工频耐受电压以及冲击耐压实验，还要检验是否会发生局部放电现象。

局部放电广泛存在于工业场合中，该现象可以发生在绝缘材料内部、表面和置于气体环境中的电极。固体绝缘内部发生局部放电现象的原因是由于绝缘材料在生产时技术水平不达标，绝缘材料内掺杂了气泡等杂质，或者是由于固体绝缘材料在长期的工作中发生劣化分解出气泡和杂质，造成绝缘材料部分区域电气强度下降。液体绝缘材料发生局部放电的主要原因是变压器油纸绝缘材料长期工作发生电离产生气泡和杂质，在电场力的作用下形成小桥，局部放电沿小桥发生。绝缘材料表面发生局部放电通常是绝缘材料表面工艺不达标，有毛刺、裂痕造成电场分布集中产生放电现象，因此局部放电长期存在绝缘设备时会对其产生隐患。

局部放电的基本特征为分布不集中且产生的范围极小，因此它对绝缘介质本身的击穿电压的影响可以忽略不计。但是在局部放电现象过程中的绝缘物质和运动中的微观粒子发生多次碰撞而损耗，碰撞所产生的物质与绝缘介质发生化学反应导致绝缘介质遭到侵蚀；同时。受损部分的场强增强导致温度升高，使绝缘物质受损失去绝缘特性。有些绝缘物质因自身性能及外界环境影响在稳定工作时也会发生局部放电现象，该现象就会在变压器运行过程中持续存在，将对变压器性能产生显著影响。因此对设备绝缘状态检测是绝缘物质的性能及状态评估的判据之一。

2.变压器产品产生局部放电的因素

2.1绝缘内部的气隙

（1）环氧浇注变压器，环氧树脂固化物中的气隙在环氧浇注中，通常采用的是真空浇注。不管是真空搅拌、真空混料、还是真空浇注，抽真空的目的就是抽掉环氧树脂、固化剂、促进剂、增韧剂、色料、填料中的气体，使之环氧固化物尽可能不存在气泡。但是，在浇注中由于真空度不够高、抽空的时间不够长，不能较彻底地脱气，使之环氧树脂固化物中残存着一些气隙，在运行中这些气泡必定会产生局部放电。

（2）油浸变压器油中的气体在注油前需要进行真空滤油，滤油的目的是为了滤掉油中的杂质并脱水脱气，对于110kV的产品而言，变压器油的含水量应小于20ppm，含气量应小于20%。

（3）层压制品中的气隙层压制品包括层压绝缘纸板、电工层压木、层压玻璃布板、玻璃布筒、电木筒、纸板筒等。由于生产层压制品的企业对层压制品中气泡的危害性认识不足，或生产工艺不够完善，预浸胚布挥发物含量较高，使层压制品中残留气泡，这些气泡则会影响产品的局部放电。

（4）注射材料中的气隙。在注射材料制品中，如尼龙、PBT、注射成型的绝缘螺杆、绝缘螺母、压钉碗等，它们中间的残留气隙使变压器产品局部放电不合格。

（5）包绕绝缘材料的干式变压器和电抗器中的气隙。在包绕绝缘的干式变压器和电抗器中，浸渍玻璃纤维固化后复合绝缘的热膨胀系数与铜铝导线热膨胀系数存在差异，从而造成一些气隙。

2.2结构方面的原因

变压器的设计人员在变压器的结构设计上不够合理，例如，复合绝缘中介电系数相差较大，电场分布不均匀，圆筒式线圈选择层间电压偏高，段间距离偏小等，从而造成某部位电场强度高于此部位绝缘材料的起始游离电压的水平，则会产生局部放电。例如，某台用NOMEX纸作为层绝缘的产品，当层间电压为1227V时，局部放电量为10pC；当层间电压为2933V时，局部放电量则为255pC。

2.3材料方面的原因

铜铝导线、铜箔、铝箔表面不光滑、有毛刺，绝缘材料的电气性能不合格，起始游离电压值偏低，设计选用值高于实际材料的起始游离电压值也是产生局部放电的重要因素。

2.4加工制造方面的问题

①金属部件，如夹件等，加工制造过程中未能彻底去掉夹件毛刺，地屏、磁屏、接地不良、高压引线接触不好、有悬浮电位。②绝缘件未倒角或去掉毛刺。③绕组内部导线和引线焊接部位处理的不光滑，有尖角毛刺。多级铁心柱的边角及铁心剪切时形成的毛刺等，均会造成电场集中，产生局部放电。

3.变压器的局部放电问题实例

某公司生产的1000kVA/10.50kV电力变压器（单相自耦），在做完短时感应耐压试验后，出现局部放电。

1）看传递关系（竖看为传递比）。

2）看放局部放电量大小。高压端头局放260pC，中压端头局放2500pC，低压端头局放300pC，铁芯夹件670pC。从局放量的大小来看，基本符合中压端头传递到高压、低压、铁芯夹件的传递比，由此可以初步判断局放源在中压绕组端头。

3）看局放图谱。如图1～4所示。从图谱中可以看出，高压绕组、中压绕组、低压绕组与铁芯夹件的放电方向是反相，这说明对于绕组和铁芯夹件来说，放电信号传递不在同一个方向，由此可推断放电源应该在绕组与铁芯夹件之间，分别向相反的方向传递到绕组和铁芯夹件上；但也可能是只存在于铁芯夹件或者绕组上，传递到对方引起反向，进而排除了铁芯夹件和绕组以外的地方。

4）超声波定位。根据上述诊断分析，即符合中压为局放源的传递比以及绕组与铁芯夹件图谱反向，初步确定局部放电源在中压绕组端部，因此主要把超声定位探头放在靠近中压绕组与套管连接的位置及引线位置，经过超声定位，最后在中压套管与绕组连接位置捕捉到明显的超声波信号。

（2）接下来我们根据定位分析的结果进行检查处理。超声波定位后计算所得放电源位置应该就是中压连接套管与绕组的屏蔽帽周围，这恰好是安装手孔位，打开手孔进行检查，发现屏蔽帽损坏，可以判断是由于屏蔽帽损坏引起的中压端头局放，于是对屏蔽帽进行更换。

（3）处理完后对变压器重新进行试验，没有出现局部放电，顺利通过试验。

当前，伴随着我国智能电网的建设与发展，电力系统规模的日益扩大，特别是特高压交直流输电的建成和运营，对电气设备的要求越来越高。因此需要对变压器绝缘状态进行监测，随时掌握电力变压器绝缘程度，避免电力变压器绝缘故障，防患于未然，此举更有易于加快我国坚强智能电网的建成。

参考文献：

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