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变压器限制放电发作的原由及袪除放电的基础途

绝缘材料

  变压器局部放电产生的原因及消除放电的基本途径_物理_自然科学_专业资料。变压器局部放电产生的原因及消除放电的基本途径

  变压器局部放电 吴利仁 (长沙顺特变压器厂,410014) 摘要: 本文对局部放电产生的原因及其特点进行了论述, 并对消除局部放电的方 法及途径进行探讨。 关键词: 变压器 局部放电 纸板和其它一些固体绝缘等构成。 低电压 等级变压器, 其绝缘距离往往由力学强度 和结构尺寸决定, 即力学强度和结构上所 要求的尺寸比电气强度要求的尺寸大; 高 电压等级的变压器, 其绝缘结构与距离主 要由电气强度决定。如果不考虑局部放 电, 即由试验电压确定。 虽然变压器能承 受住比运行电压高得多的耐压试验, 但在 耐压过程中产生的强烈局部放电有可能 使绝缘遭受不可恢复的损伤。 因此, 要降 低变压器的局部放电, 就要求其绝缘系统 具有较高的起始放电电压。 局部放电的起始放电电压决定了 放电部位的局部场强。 变压器中可能在各 种不同部位上出现较高场强而导致局部 前言 对变压器局部放电的探索研究始 于本世纪 50 年代后半期,在这之前人们 普遍认为, 变压器在经过工频耐压和冲击 耐压试验后, 便可保证长期运行。 但在实 际工作中发现, 有些变压器, 虽然经受过 各种耐压试验, 但运行一段时间后, 在没 有任何过电压的情况下,还是发生了故 障, 查其原因, 认为是在工作电压下变压 器绝缘内部长期存在局部放电所致。 从而 变压器内部的局部放电便越来越受到人 们的重视。 IEC60076 和 GB10943 也将局 部放电试验列为 110KV 级产品的例行试 验。 1. 局部放电的定义 在电场作用下,绝缘系统中只有 放电, 而较高场强的部位不一定都出现在 高电位上, 低电位或地电位上也可能出现 较高的场强。 也就是说, 在变压器内不但 在高电位上可能出现局部放电, 在低电位 甚至地电位上也可能出现局部放电。 部份区域放电, 而没有贯穿施加电压的导 体之间, 即尚未击穿, 这种现象称为局部 放电。 3 .变压器局部放电产生的原因及 部位 1 2.变压器局部放电特点 变压器的绝缘结构主要由油、纸、 3.1 原因 3.1.1 最经常造成局部放电的是绝缘体或 表面存在的气泡, 如果在变压器油中或在 固体中含有气泡, 则气泡中的电场强度比 周围介质高, 而气泡的击穿场强, 在大气 压力附近,总是比油或固体介质低很多, 因此气泡就首先放电, 而其它介质仍然保 持绝缘性能,就形成局部放电。 3.1.2 由于结构不合理,使绝缘内部电场 分布不均匀, 形成局部电场集中, 在电场 集中的地方, 就有可能使油隙或局部固体 绝缘击穿或固体绝缘表面放电。 3.1.3 由于原材料制造或工艺处理不当.。 a. 绝缘体中若有导电杂质存在, 则在 此杂质边缘电场集中, 产生局部放 电。 b. 针尖状导体或导体表面有毛刺, 则 在针尖附近电场集中,产生放电。 c. 金属部件带有尖角、 焊渣、 毛刺或 带有缺陷, 这些部位的电场就要发 生畸变而使场强升高,造成放电。 d. 绝缘油中的含气量过高形成的气 隙, 而气隙场强高, 从而使气隙首 先击穿形成放电。 3.2 变压器内产生局部放电的部位 a. b. 导体与绝缘材料中存在的气隙; 绝缘体与材料中搭接缝隙中存在 的气隙; c. 引线与绕组接头处油纸绝缘中存 在的气隙; d. e. f. g. h. 绕组端部绝缘的油隙放电; 匝间绝缘放电; 纸板和角环的沿面滑闪放电; 绝缘体中混有金属杂质的周围; 对地电位放电等; 4.消除变压器局部放电的措施 4.1 设计措施 a. 按长期工作电压下无局放来选择 场强, 同时再核算各种试验电压下 可必需的绝缘距离。 这样才能保证 绝缘结构的可靠性。 当油质符合表 1 规定时,主绝缘油间 隙尺寸为 8~9mm 时的许用场强见表 2 表 1 油中含水量与含气量出厂值 电压等级 220kV 110kV 油中含水量(ppm) ≤ ≤ 20 30 油中含气量(%) ≤ ≤ 2.0 3.0 油击穿电压(kV/2.5mm) ≥ ≥ 50 40 2 表2 线圈形式 全波冲击 中部进线饼式线圈 端部进线 主绝缘许用场强 许用场强(kV/mm) 操作波 17 11.5 工频耐压 9 6 长期工作电压 4 2.5 长期工作电压下的许用场强都控制 在工频耐压的 57%以下。 b. 对于纠结式绕组, 减小轴向电场最 简单和有较措施是采用奇数匝线 段或改进换位。 (如图 1 可示)将 偶数匝线段的纠结和联线位置互 换,也可降低内侧梯度。 7 23 7 12 4 11 3 10 2 9 ╳ 5 13 6 14 7 15 8 1 16 28 20 27 19 26 18 25 17 ╳ 21 29 22 30 23 31 24 32 13 9 ╳ 14 6 9 23 31 9 ╳ 32 24 5 4 15 22 33 12 3 7 11 2 10 1 18 16 8 17 9 30 29 29 20 28 19 25 34 26 35 27 36 (a) 偶数匝 (b) 奇数匝 图 1 纠结式绕组偶数和奇数匝对线段电位差的影响 c.可在高压进线处若干个双饼内表面设 置段间角环。图 2(a)相当于在高电场 区域加了屏障, 有较地提高了该区域的击 穿场强,同时也延长了放电路径。 图 2(b)相当于在匝绝缘外加了层覆盖, 有较地提高了起始局部放电场强。 ╳ ╳ ╳ ╳ 3 (a)屏障 (b)覆盖 图 2 高压进线 结构和工艺措施 a.高压导线加大 R,垫块、撑条等绝缘 件加大倒角, 使导体和绝缘间避免存在夹 角,防止电场集中。 c. 采用成型角环, 使成型角环的形状 符合等位面,提高起始放电电压。 d. 沿电场方向尽可能避免大间隙结 构, 有大间隙时要布置与电场方向 垂直的隔板。 e. 避免采用有空穴和裂缝的材料, 以 免在空穴和裂缝处产生局部放电。 如高压变压器中不宜采用电木筒。 f. 不准有悬浮电位的金属件。 应注意 金属件上的漆膜会影响电位固定, 在电位固定处必须将漆膜刮掉。 g. 引线夹的槽口应保持圆角, 引线焊 接处必须进行圆角处理, 不准有尖 角存在,焊点外面用金属箔包扎, 并保证表面光滑, 凹陷处填充金属 箔, 包完后, 应使周围有相近的曲率半径。 严格保证各种引线绝缘厚度和油隙距离, 防止油角产生。 h. 线圈绕制时,防止 S 弯处刀口存 在,垫块倒角去毛,导线接头时, 焊接截面要足够, 铜屑应与线圈严 格隔离,焊接处倒角去毛。 i. 静电板与线圈连接处, 要做好屏蔽 处理,避免尖角和毛刺。 j. 调压开关各个部位连接可靠, 不应 出现有悬浮电位和触点接触不良 等。 k. 制造场所注意防尘,减少击穿机 率。 110KV 变压器器身干燥最好用气 相干燥,提高器身清洁度。 5、局部放电试验 1)加压顺序 4 A=B=D=E=5min;C=试验时间 Us---起始电压,≤1/3U2 U3---1.1Um/√3 系统标 称电 压,kV (方均根 值) 设备最 高电压 Um, kV (方均根 值) 额定短时 感应或外 施耐受电 压, kV (方均根值) 相间 试验 电压 U1, kV (方均 根值) 110 126 200 200 U2=1.3Um/√3 =95 U2=1.5Um/√3 =109 U2=1.5Um/√3 =218 全绝 164 缘 半绝 164 缘 半绝 328 缘 相对地局部放电测 量电压 U2=1.3Um/ √3 kV (方均根值) 相间局部放电 测量电压 U2=1.3Um kV (方均根值) 备注 110 126 200 200 220 252 395 395 6、局部放电常见故障现象与原因 分析 1)电源故障 频率为 100Hz 时出现 4 个 放电点。 3)绝缘问题和油中气泡 a、 放电脉冲非常密集 b、在电压上升时脉冲增加,电压下降后 仍维持原放电,重新加压后起始放电 电压降低。 2)屏蔽问题 放电呈现单极性 4)悬浮放电 放电脉冲较少, 随电压上升放电量明显增 5 加,与屏蔽的现象差不多。 6)可控硅干扰 150Hz(六个半波)有六根旗杆 5)外部干扰 7.结论 变压器局部放电是一个复杂的综合 性问题,与变压器的设计、结构、生产各 个环节都有关。 要解决好这个问题, 首先 要从设计和工艺上采取措施, 确保变压器 没有先天不足, 然后对整个制造过程进行 严格控制检查, 这样才能大大降低变压器 的局部放电量。 6

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