基于有限元分析的配电变压器匝间绝缘劣化特征分析

基于有限元分析的配电变压器匝间绝缘劣化特征分析

彭彬 ,李猛 ,侯本业

山东鲁能泰山电力设备有限公司：271000

摘要：电力变压器是供电网的核心组成部分，对确保供电可靠性至关重要。但在运行中会出现电流互感器故障，尤其是在循环处理设备绝缘故障不断受到行业关注的情况下。电力变压器内部绝缘故障通常包括一组短路、层状短路、单相短路和中间短路等，原因是直流母线电容器损坏导致设备在电流互感器故障时烧伤。对集团绝缘状态周围的电涌保护器进行检测和评估是网络在线检测提高电源可靠性所必需的。

关键词：有限元分析;配电变压器;匝间绝缘;劣化特征;

引言

变压器作为配电网的关键设备，其可靠性对配电网的可靠运行至关重要。环氧树脂浇筑式变压器（简称干式变压器）具有优良的电气性能、对短路和雷电冲击耐受度好、易维护、无爆炸及火灾等特点，得到广泛应用。由于受到使用年限、安装、制造工艺、质量管控及检测手段等因素的影响，干式变压器内部故障导致的配电故障时有发生。通过分析工作中的故障案例，提出预防及维护的建议，对于配电网的安全、可靠运行具有重要的指导意义。

1研究背景

采用气流试验，可以测量变压器空载损耗和空载电阻，检查变压器芯的设计和制造技术要求和标准，找出直流母线电容器和变压器的一般缺陷，以及变压器磁圈的问题。机柜单元连接到机柜单元(参见“电气安装/其他连接/紧急停止类别1，230 VAC(选件L57)”。硅酮短路的一部分；短路是由于芯螺栓或天花板、上部轭铁等部件绝缘损坏而产生的；绕组中的各种弱点，包括短路、支线道路短路、平行管路中圈数的差异以及圆角数不正确等。负载测试可以测量变压器的负载负荷和短路，使两个重要的性能参数能够满足技术标准。此外，变压器可以检查组中的故障。在现有技术条件下，功率模型需要大量电源，空载试验需要用谐波过流滤波器进行谐波过流补偿，负荷试验需要用电容器组进行不精确补偿。变频器具有不同的电缆类型，这些类型的电缆根据试验类型不同而有所不同，并且工艺过程根据电缆类型不同而自动化，需要手动干预。当前市场上提供的变压器测试系统使用交流驱动发电机组或变频驱动的电网来测试电源。设备的数量、体积和重量都很大，因此只能在特定情况下部署。该运动和移动性不适合于电网变压器数量大、场址数量分布很广的情况。

2配电变压器匝间绝缘劣化特征分析

2.1短路电压与电流分析

在实际工程中，变压器绕组匝间绝缘良好时匝间只是存在微小泄漏电流，但随着匝间绝缘的老化其绝缘电阻会逐渐减小，流过短路匝电流随着绝缘电阻的减小而增大。由于绕组匝间短路故障不易设置且绕组匝间绝缘劣化过程不易体现，为通过有限元仿真方法重现绕组匝间绝缘劣化过程，探求绝缘劣化和绝缘崩溃的临界电阻值及参数变化率与匝间绝缘状态的关系，文中在配电变压器额定负载运行状态下，以30ms时刻做为绝缘劣化的起始时间，在30ms时刻绝缘由正常变为1000mΩ，在70ms时刻由1000mΩ变为100mΩ，在110ms时刻由100mΩ变为10mΩ，在150ms时刻由10mΩ变为mΩ，在190ms时刻由1mΩ变为完全短路，从而分析A相低压外层绕组第8匝(W8)的匝间绝缘逐渐老化过程。仿真得出在不同时间段，随绕组匝间绝缘电阻值变化的短路环电压与电流波形、短路点电压与电流波形.

图1随绕组匝间绝缘电阻变化的短路环电压与电流情况

图2随绕组匝间绝缘电阻变化的短路点电压与电流情况

2.2负载损耗

电力变压器的负荷测试主要确定组通过额定电流时的功耗和额外损失(铜和漏损)，负荷负荷负荷和阻抗符合相应容量的国家和行业标准。该实验方法被接受为变压器任意位置的额定电流(通常为高压风力)和其他短路。载荷载荷载荷基于三相电阻损耗约。额定电压的4-8%。

3变压器故障原因分析

变压器制造过程中，通常会在注射阶段出现局部工艺缺陷，由于局部放电较少，导致变压器装配过程中的中间偏置电容器受到影响。变压器维护检查中未发现这些缺陷，由于位置等原因，局部放电试验不存在，无法及时检测和消除。变压器运行期间，人体感知无法感知局部放电，因此只能用局部放电测量仪检测局部放电。短期内，单次放电不会影响变压器的内部绝缘。但是，从长远来看，局部放电逐渐发生，由此过程产生的复合加速绝缘，产生较高的效应，超过临界点，在中间回路之间产生短路，引起短路，破坏层之间的绝缘，导致中间回路突然失效。局部短放电虽然不一定会导致整个通道损坏，但放电加速了绝缘的氧衰减和腐蚀，从而缩短了变压器的寿命。损坏程度取决于放电性能和绝缘程度。变频器在长时间运行过程中逐渐降低了内部绝缘性能，导致局部放电长时间剧烈增加，导致绝缘失效。当干式变压器电压峰值过大时，寿命通常约为5年，而闪电导致线圈之间短路，有时甚至长达2-3年。

4配电变压器的保护整定

(1）过电流保护.配电变压器的匝间短路、外部相间短路引起的过电流，需配置过电流保护。1）仅设置为定时限时，保护装置的动作电流应躲过可能出现的过负荷电流。数据中心无论是动力变压器、还是IT变压器，建议取2倍变压器额定电流（Ie）。2）设置为反时限过电流+定时限过电流组合曲线时，故障电流较小时依靠反时限过电流切除；故障电流较大时，依靠定时限过电流保护切除。推荐反时限过电流整定值宜取小，建议取1.4Ie，时间可以采用IECNI曲线；定时限过电流整定取5Ie，保护装置动作时限应与下一级保护动作时限相配合，一般取0.3～0.5s。（2）零序电流保护不同区域的电网公司，在10kV系统接地方式上采用不同的接地方式。北方区域常采用中性点经消弧线圈接地，上海区域采用中性点经低电阻接地。根据不同接地方式，采用不同保护配置。1）采用经消弧线圈接地的配电系统，须安装小电流接地选线装置。当发生单相接地故障时，装置告警，由人工判断后手动切除故障线路。2）中性点经低电阻接地的系统，可采用零序电流保护功能。可以取自三相TA合成或专用零序ZTA来获取模拟量。保护整定时需注意保护装置内部的零序电流模拟量的来源选项，避免因TA电流比不一致，导致误整定。

结束语

在配电变压器绕组匝间绝缘劣化初级阶段，由于主回路电流、端电压变化率很小，其差动保护会失效或拒动；虽然短路环电流及漏磁场变化率相对较大，但对外显现的灵敏度较低，工作人员不易检测和提取数据；而绕组有功损耗变化率相对较大，且其与铁心损耗之和为运行损耗，由于负载损耗对外显现的灵敏度高，且容易检测和分析判断，故负载损耗变化率可作为配电变压器匝间短路故障检测的判据。

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