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        淺析油浸式變壓器的局部放電問題

        2014-04-29 11:37:49蔣燕王新衛(wèi)
        中國電子商情 2014年2期
        關(guān)鍵詞:引線場強(qiáng)異物

        蔣燕 王新衛(wèi)

        引言:本文主要介紹了油浸變壓器局部放電的概念、產(chǎn)生根本原因、相關(guān)因素。分析了變壓器局部放電對變壓器絕緣的危害,并通過實際設(shè)計、生產(chǎn)經(jīng)驗闡述了減小變壓器局部放電的具體措施及注意事項。

        電力變壓器是電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的設(shè)備之一,它的安全運(yùn)行歷來是制造部門十分重視的問題。而變壓器內(nèi)部絕緣由于各種原因,在一定的電壓下,內(nèi)部了發(fā)生局部的、重復(fù)的擊穿和熄滅現(xiàn)象。這種局部放電發(fā)生在一個或幾個很小的空間,放電的能量是很小的,局部放電的存在并不影響電氣設(shè)備的短時絕緣強(qiáng)度。但變壓器在運(yùn)行電壓下,如在不可恢復(fù)的絕緣中存在局部放電現(xiàn)象,這些微弱的放電能量和由此產(chǎn)生的一些不良效應(yīng),可以慢慢損壞絕緣。久而久之,最后導(dǎo)致整個絕緣被擊穿,威脅到變壓器的安全穩(wěn)定的運(yùn)行,這一現(xiàn)象的危害性已逐漸被人認(rèn)識。2003年以前,國標(biāo)規(guī)定110KV局部放電試驗為型式試驗,而在2003年,國標(biāo)GB1094.3-2003最新規(guī)定110KV變壓器的局部放電試驗為例行試驗,正是為了提高電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性而提出的。

        一、變壓器的局部放電概念

        (一)“局部”的兩個意義

        1.變壓器中某一個位置或若干位置發(fā)生的小區(qū)域的放電現(xiàn)象;

        2.指絕緣的巨大表面的某一點(diǎn)或若干點(diǎn)放電,但放電點(diǎn)并沒有構(gòu)成電極間的擊穿。

        (二)局部放電的根本原因

        1.電場的存在(必要條件),場強(qiáng)要達(dá)到一定程度(充分條件)即可能發(fā)生局部放電;

        2.變壓器絕緣存在薄弱點(diǎn),承受不了該處的場強(qiáng)。

        二、產(chǎn)生局部放電的具體原因及相關(guān)因素

        (一)電場集中。電場集中包含了電極、絕緣結(jié)構(gòu)、線圈及引線結(jié)構(gòu)、電場疊加等方面的內(nèi)容。

        1.電極的形狀:電極對平面與尖角是不同的。電荷集中在電極表面,若電荷密度能平均分配,則電場相對均勻,若電荷不平均則電荷多的,場強(qiáng)較高。而且無論是帶電的電極還是不帶電(零電位)電極,也包括絕緣件,其表面的曲率半徑,對場強(qiáng)的影響都是重大的。因此在變壓器結(jié)構(gòu)中高場強(qiáng)處,無論是鐵件還是絕緣件都需倒棱、倒圓角、無毛刺。

        2.絕緣結(jié)構(gòu)是否合理,線圈的形式是否合理。以絕緣結(jié)構(gòu)為例:110KV器身絕緣中盡量避免楔形油隙;在減小主空道時,注意增加低壓線圈匝絕緣厚度;在高壓線圈內(nèi)側(cè)增加內(nèi)墊紙條1mm,降低線餅輻向場強(qiáng),以提高撐條表面放電電壓的目的。

        3.電場疊加問題,在同一時間兩波相加電場強(qiáng),兩波相減電場弱。電場疊加主要反映在線圈出頭布置,引線走向的布置。如:異相引線的交叉,就可能引起局部的電場疊加。使該處場強(qiáng)很強(qiáng)。引線交叉的地方,盡可能拉開距離,防止疊加場強(qiáng)。在有載調(diào)壓分接引線中,如高電壓等級分接范圍±8×1.25%中,引線的排列不能讓分接頭1和分接頭8放在一起,這樣兩者之間電場強(qiáng)度大,應(yīng)盡量減小兩個引線之間的電壓差,從而減小場強(qiáng)。

        (二)懸浮電位。即在變壓器中,沒有確定電位的金屬件或金屬異物。大多數(shù)沒有確定電位的金屬件在電場中都存在感應(yīng)電位,帶有感應(yīng)電位的金屬件就可能有局部放電現(xiàn)象,甚至與其周圍絕緣件發(fā)生擊穿。懸浮電位在發(fā)生局部放電后,瞬時可將電位降到零,然后再感應(yīng),再放電使周邊絕緣件的絕緣能力逐步下降。其特點(diǎn)是:一開始并不顯現(xiàn)出來,一但對周邊絕緣發(fā)生侵蝕作用,發(fā)展就會迅速起來,所以及其危險。變壓器中懸浮電位通常有:

        1.金屬異物:主要是操作不慎掉入器身中的異物;

        2.夾雜上絕緣材料中的金屬粉塵等;

        3.不可靠接地及不可靠的電位點(diǎn);

        (三)氣泡。氣泡是指變壓器的油中或固體絕緣件中的空腔里夾雜的空氣。它與油中溶解氣體是不同的概念。變壓器油含氣量的概念是指溶解在油中氣體的量,它無論多大,只要無分離出來氣泡,則對局放是沒有影響的。一旦分離出氣泡對局部放電的影響很大。由于氣泡的容腔是氣體,在交流電場的作用下復(fù)合絕緣中分擔(dān)的場強(qiáng)與材料的介電常數(shù)成反比,即E1×ε1= E2×ε2,空氣的介電常數(shù)ε1近似于1,油的介電常數(shù)ε2似近于2.2,因此氣泡存在使電場非常不均勻,大部分集中到氣泡上,氣泡首先游離放電,增大放電量。在變壓器中,粘貼絕緣件時,用膠用漆都不應(yīng)過多,將多余的膠瘤去掉,否則膠鼓起,里夾有氣泡,引局部放電。油浸式變壓器中,氣泡主要包括:

        1.油中氣泡;2.層壓絕緣件中空腔;3.注塑件(如螺桿、螺母)中的蜂窩孔;4.漆瘤、膠瘤、電木筒氣泡等。

        三、減小局部放電的具體措施

        隨著變壓器的設(shè)計和工藝制造質(zhì)量的逐步發(fā)展,變壓器局部放電的視在放電量已從20世紀(jì)80年代開始時上千PC逐步下降至小于500PC,甚至更低。由于各個企業(yè)的技術(shù)條件及生產(chǎn),工藝條件的不盡相同,其局部放電量是不一樣的。廠家可實際生產(chǎn)經(jīng)驗采取一定的措施,盡力降低局部放電量。

        (一)制造材料的選用,變壓器銅線應(yīng)光滑,無毛刺;絕緣材料無氣孔及雜質(zhì)、異物。

        (二)在選用組件時,要對組件進(jìn)行嚴(yán)格檢查,保證組件(如,開關(guān),套管等)本身的局部放電量要足夠低。

        (三)設(shè)計時,從消除電場集中上下功夫,要控制各部分電場強(qiáng)度在允許的范圍內(nèi)。如確定零部件倒角的尺寸、位置;特別要注意引線電場強(qiáng)度的控制,選擇引線的截面及形式,引線的排列方式,各部位的絕緣距離等。

        (四)在工藝制造過程中,要特別注器身中各部件的清潔,決不允許帶入任何金屬異物;作業(yè)環(huán)境要潔凈;產(chǎn)品真空干燥處理水平要適應(yīng)各電壓等級的要求,嚴(yán)格按工藝要求執(zhí)行;變壓器裝配中使用的各個金屬零部件,絕對不允許出現(xiàn)懸浮。

        (五)在裝配過程中要注意各個附件的清潔度,對外購件進(jìn)行檢查,對自行加工的零部件,也必須做到干凈清潔。特別是焊接件、金工件,要徹底清理加工過程中所殘留的異物和雜物,也要注意在總裝過程中,新產(chǎn)生的金屬性異物的收集與清理。

        (六)變壓器總裝配后,必須在高真空的條件下(如133Pa)進(jìn)行注油,而且在整個注油過程中,都要保持這個真空度。注油結(jié)束以后的補(bǔ)油,也應(yīng)在真空狀態(tài)下進(jìn)行。變壓器注油后,要有相當(dāng)長的時間的靜放,對于110kV等級變壓器至少靜放時間為36小時,使變壓器中可能殘存的氣體被變壓器油充分吸收,避免在進(jìn)行局部放電試驗時發(fā)生氣體放電。

        (七)選擇合適的試驗方法及適當(dāng)?shù)钠帘未胧?。變壓器局部放電試驗過程中對局部放電影響也很大。

        1.試驗時,應(yīng)盡量消除環(huán)境外部干擾。試驗電源用可控硅勵磁;試驗站應(yīng)埋設(shè)專門的接地網(wǎng);外部設(shè)備用電引起的干擾,可避開吊車滑線,上下閉合。

        2.套管式電流互感器、套管未屏是否接地;

        3.試驗高電壓端加裝屏蔽等等。

        四、結(jié)論

        綜上所述,影響變壓器局部放電的因素很多,主要有三點(diǎn):⑴材料的純凈;⑵產(chǎn)品設(shè)計的絕緣結(jié)構(gòu);⑶工藝處理(除水、除汽、除雜質(zhì))。從產(chǎn)生局部放電的原因及部位分析,引起變壓器局部放電的關(guān)鍵因素有四個方面:⑴導(dǎo)電體及非導(dǎo)體的尖角毛刺;⑵固體絕緣的空穴、縫隙中的空穴及油中微量的氣泡;⑶高電場下產(chǎn)生的懸浮電位的金屬物;⑷絕緣體表面的灰塵及臟物。它們之間互有影響,環(huán)環(huán)相扣,并不是孤立的。應(yīng)從設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、操作、管理各方面采取措施,嚴(yán)格控制。使變壓器整個工藝過程均在可控的條件進(jìn)行,這樣才能使變壓器的局部放電的量值更低一些,才能生產(chǎn)出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

        參考文獻(xiàn)

        [1]謝毓誠.電力變壓器手冊[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2003.1.

        [2]路長柏.電力變壓器設(shè)計[M].黑龍江出版社出版,1990.

        [3]劉傳彝.電力變壓器設(shè)計計算方法與實踐[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

        [4]變壓器實用技術(shù)問答[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1986.

        [5]變壓器試驗技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

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