較好節 干式變壓器局放的基礎知識

以下為引用試驗中心的局放說明：

1概述

根據家標準規定，110kV及以上大型電力干式變壓器要做局部放電試驗,現在合同要求干式變壓器高中壓局放量小于100PC。

局部放電對絕緣的影響，一是放電質點對絕緣的直接轟擊造成局部絕緣破壞，逐步發展使絕緣擊穿；二是絕緣內部的局部放電雖然不形成貫穿性通道，但放電產生的熱，使介質出現局部的溫度升高，甚至碳化。由于放電的電解作用，會產生臭氧、一氧化氮等一些活性氣體，使局部絕緣受到腐蝕，逐漸造成絕緣的損傷，較后導致熱擊穿。通常，電氣絕緣的破壞或局部老化，多是從局部放電開始的，所以，局部放電的危害性是使干式變壓器絕緣壽命降低，影響干式變壓器的安全運行。

2什么是局部放電：對于干式變壓器絕緣結構中，可能存在著一些絕緣弱點，它在一定的外施電壓作用下會先先發生放電，但并不隨即形成整個絕緣貫穿性擊穿。這種只限于絕緣局部位置（弱點）處的放電就叫局部放電。

局部放電試驗的目的：就是考核干式變壓器在長期工作電壓作用下，其產品絕緣能否長期安全運行的性能，發現干式變壓器結構和制造工藝的缺陷。如：（1）絕緣結構中局部電場強度過高，可能是局部絕緣（如油隙或固體絕緣）擊穿或沿固體絕緣表面放電；

（2）絕緣混入雜質或局部帶有缺陷；如絕緣紙筒、層壓紙板、層壓木板等，由于熱壓干燥工藝處理不好，就會在其內部形成空腔，當浸油以后，干式變壓器油往往不能浸入此空腔，從而形成了氣穴。如果浸入的干式變壓器油處理不好時，油中會有氣泡存在，同時存在著水分和雜質，在電場的作用下，雜質會形成“小橋“，泄漏電流的通過會使該處發熱嚴重，促使水分汽化，形成氣泡；同時也會使該處的油發生分解產生氣體。絕緣內部存在的這些氣穴（氣泡），其介電常數比絕緣材料的介電常數要小，所以氣穴上承受的電場強度比鄰近的絕緣材料上的電場強度要高。氣體（特別是空氣）的絕緣強度卻比絕緣材料低。這樣，當外施電壓達到一定數值時，絕緣內所含氣穴上的場強就會先達到使之擊穿的程度，從而氣穴先發生放電。

（3）金屬部件有尖角；尖端放電。

（4）產品內部金屬接地部件之間、導電體之間電氣聯接不良等，以便消除這些缺陷，防止局部放電對絕緣造成破壞。

3局部放電產生的關鍵因素

產生局部放電的環節，一般是在電場集中和絕緣薄弱的部位。影響局部放電的因素很多，綜合起來主要有三點：

(1)絕緣材料的材質；

(2)產品設計的絕緣結構；（沒有多大問題）

(3)生產加工制造工藝精細化程度。

從試驗角度分析產生局部放電的原因和部位，引起局部放電的關鍵因素有五個方面：

(1)導電體和非導電體的尖角毛刺；

(2)固體絕緣的空穴和縫隙中的空穴及油中的微量氣泡；

（3）在高電場下產生懸浮電位的金屬物；

(4)絕緣體表面的灰塵、臟污和異物。

(5)絕緣干燥處理不好及表面受潮。

上述關鍵因素應從設計、工藝、操作及管理等方面采取措施，嚴格控制。

第二節器身絕緣中與局放有關的知識

我廠干式變壓器常用的絕緣材料有：干式變壓器油、紙板、成型件以及油紙復合絕緣。油浸式干式變壓器絕緣結構中所用的主要絕緣材料是干式變壓器油和絕緣紙，即油紙絕緣結構。干式變壓器油與絕緣紙相結合具有很高的耐電強度。比兩者分開單先的油和紙任何一種材料都高的多，能產生1+1＞2的效果。

在浸油良好的條件下，消除雜質程度決定了實際油紙絕緣可能達到的電氣強度，因此實際生產過程的控制具有重要意義。油紙絕緣的缺點是兩者均易被污染，含百分之幾的雜質影響就很嚴重，因此，在工藝過程中，盡可能的獲得較純凈的油和紙，并據此選擇合適的工作場強，保證干式變壓器絕緣結構可靠性。（強調凈化，結合6S工作的開展）

干式變壓器生產應在全封閉結構的凈化車間中進行，通風設備安裝空氣過濾裝置；采用煤油汽相干躁設備，該設備投用后可使干式變壓器器身的清潔度更高，干燥更徹底。基本做到：不把異物帶進器身；生產過程中不產生異物；運行中不出現新的異物。在插鐵時注意控制鐵軛處硅鋼片摩擦散落的金屬微粒，確保器身的清潔度。

除非紙完全被油浸透，則紙中會有空氣或其他氣體的空隙。這無疑將使紙的耐電強度降低，此時空隙上所承擔的電壓又比紙上高的多，空隙擊穿并不意味著絕緣的損壞，這部分放電會產生局放的出現，會逐步腐蝕絕緣，較終可導致絕緣損壞，因此干式變壓器的浸油與靜放時間必須嚴格按照工藝文件的要求。

防局放問題中幾個需要特別關注的問題：

1、楔形油隙的放電問題。舉例：壓板開裂、墊板開裂、端圈墊塊開裂、引線夾木、段間和匝間的小油隙、線匝與墊塊的接觸處、開裂，極易產生局放。楔形油隙的擊穿強度降低，是絕緣弱點，在較高的電場作用下會先先發生局放。

2、局部放電具體發生的典型部位。在干式變壓器絕緣結構中按先先出現局放的絕緣介質，可分為氣泡性及油中放電；而局部放電具體發生的典型部位又可分為：固體介質空穴處、電極尖角處、油隔板絕緣中的油隙、油楔以及油中沿固體介質表面處，其中以電極與固體介質接觸的介質表面處為甚。

3、關于電位與場強。局部放電起始放電電壓決定于放電部位的局部場強，因此絕緣結構應按場強的概念來確定。在干式變壓器中可能在各種不同部位上出現較高場強而導致局放，這些部位大多在某些油隙、油楔、空氣隙，有懸浮電位的金屬導體、導體尖角和固體表面上。而較高場強的部位不一定都出現于高電位。低電位或地電位也可能出現較高的場強。即干式變壓器內不但在高電位上可出現局放，在低電位甚至地電位上也可能出現局放。例如地屏的有效可靠接地。例如夾件上的結構件如果倒角不好，與引線之間場強較高，這時候就在夾件上而不是引線上出現局放。

5、關于靜電板端部。對靜電板端部絕緣的處理要十分細致。該處是場強較高的地方，處理不好，極易發生局放。要求嚴格按圖紙，對齊，不傷靜電環，保持高度凈化。

6、對角環的處理。可以普遍地認為，凡是有角環的部位，均認為是絕緣結構中關鍵的部位，要特別慎重對待。角環的作用一是分割油隙（大油隙變為小油隙，提高耐電強度），二是增加爬距（降低爬電場強）。角環放置力求位置準確、保證厚度、服帖到位、不出現鴨脖子現象。設計時要留出壓服余量。

7、關于地屏。地屏是高壓電力干式變壓器中關鍵的零件之一。起到了改善電極形狀的作用。我廠220及以上的干式變壓器普遍使用，必不可少。其機理如下：

圖（一）、無地屏

圖（二）、有地屏（未接地）

圖（三）、有地屏（有效接地）

空心導體如果腔內沒有凈電荷，在外電場達到靜電平衡狀態時，剩余電荷只能分布在外表面，導體內和空腔內任何一點處的場強都為零。因此，如果把任一物體放入空心導體的空腔內，該物體就不受任何外電場的影響。

導體鐵心放在金屬殼地屏內，由于靜電感應，在地屏的內外表面將出現等量異性感應電荷，地屏的外表面的電荷所產生的電場就會對外界產生影響。

為了消除影響，可把地屏接地，則外表面的感應電荷因接地而被中和，相應的電場隨之消失。由此可見，對于接地的地屏，外界的電場既不會影響地屏內的鐵心，鐵心也不會影響外界的電場。

上述的理論同樣適用于焊接頭、線圈出頭等的屏蔽，在電力干式變壓器中被廣泛運用。

第三節 器身絕緣中的其它簡單知識

干式變壓器器身絕緣是主絕緣，是線圈到接地部分鐵心和油箱的絕緣（主要是端部絕緣），線圈到其他線圈的絕緣（主要是同相線圈間主絕緣）。

干式變壓器的器身絕緣是由一系列的絕緣件組成的，而絕緣件是由特定的絕緣材料構成的。絕緣材料的壽命決定了干式變壓器的壽命，同樣的絕緣結構在很大程度上依賴絕緣材料的性能，因此了解絕緣材料對進一步理解絕緣結構具有重要的意義。

針對一定電壓等級干式變壓器的絕緣需要,在干式變壓器器身絕緣上分別采取了一定絕緣措施。主要是下述兩部分。

1、線圈間主絕緣

線圈間主絕緣是油—隔板絕緣，隔板為絕緣紙筒。根據材料的絕緣性質可以決定線圈間主絕緣的電氣強度，其中較主要的是緊靠線圈表面油隙中的電氣強度。干式變壓器一般采用薄紙筒小油隙結構。

薄紙筒小油隙的電氣強度：線圈間主絕緣距離中紙筒≤4mm，油隙≤15mm時稱薄紙筒小油隙結構。

2、端部絕緣的電氣強度

端部絕緣是指線圈端部至鐵軛和相鄰線圈端部的絕緣。端部電場分布復雜，較大場強在高壓線圈端部內側油隙中。如果端部線段導線圓弧大或有附加絕緣，或加靜電環，可以使較大場強減弱。如果又增加絕緣隔板、角環，則又使爬電距離增大。

目前，我生產的油浸式干式變壓器的絕緣結構，主要是采用油一隔板絕緣結構型式。下面對油一隔板結構的基本規律及其特點進行概要的分析。

油浸耐電強度的效體積效應。就是在均勻電場和稍不均勻電場中，干式變壓器油的耐電強度隨受電壓作用的油隙體積的減小而提高，即干式變壓器油具有“體積效應”。在干式變壓器絕緣結構中，是采用普通絕緣紙板或瓦楞紙板將油隙分隔成若干小油間隔（體積）瓦楞紙板的高度正好是油一隔板主絕緣結構的油隙寬度。

在高壓干式變壓器絕緣結構中，隔板的數目隨電壓等級的提高而增多。但是油隙也不能過小，因為油流若受阻，散熱困難，故選取油隙尺寸應適當，在干式變壓器絕緣結構中的軸向油道，一般不宜小于6mm。

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