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        變壓器絕緣故障淺析

        2016-03-04 21:01:22趙繼偉佐明
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年5期

        趙繼偉 佐明

        摘 要:變壓器是一種靜止的電器,它利用電磁感應(yīng)作用將一種電壓﹑電流的交流電能,轉(zhuǎn)換成同頻率的另一種電壓,電流的電能。變壓器是電力系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。本文,對(duì)變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,并對(duì)影響絕緣的因素進(jìn)行了分析及提出預(yù)防措

        關(guān)鍵詞:耐受電壓 ;變壓器絕緣;防御措施

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.053

        1 變壓器絕緣介紹

        眾所周至,絕緣材料與線圈用的銅、鐵心用硅鋼片一并是變壓器中最重要的材料,尤其是變壓器絕緣的性質(zhì)直接影響變壓器運(yùn)行的可靠性和使用年限。絕緣材料又稱電介質(zhì),是電阻率高、導(dǎo)電能力低的物質(zhì),用于隔離帶電或不同電位的導(dǎo)體,使電流按一定的方向流通,在變壓器中,絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮和保護(hù)導(dǎo)體等作用。絕緣材料的使用效率直接影響到變壓器的成本。絕緣主要使用層壓紙板和層壓木,其制造過(guò)程是由紙、布及木質(zhì)單板做底材,浸涂不同的膠粘劑,經(jīng)熱或卷制成層狀結(jié)構(gòu)。層壓制品的性能取決與底材和膠粘劑的性能及其工藝。

        電力變壓器的絕緣可分為內(nèi)絕緣和外絕緣。外絕緣是指油箱外面套管相互間的空氣絕緣,套管導(dǎo)電部分對(duì)儲(chǔ)油柜、冷卻裝置及其它接地部分的空氣絕緣。內(nèi)絕緣是指繞組間的絕緣:包括主絕緣、縱絕緣及引線的絕緣。電力變壓器的主絕緣是指同一鐵心柱中各繞組間的絕緣、相間絕緣、繞組與油箱、繞組與鐵心間絕緣、繞組與鐵軛間的絕緣。無(wú)論哪種類型的變壓器,其主絕緣結(jié)構(gòu)都是十分重要的,它既影響到運(yùn)行的可靠性,也是決定產(chǎn)品成本及其技術(shù)先進(jìn)性等的主要因素。合理地設(shè)計(jì)變壓器主縱絕緣結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器安全可靠運(yùn)行起著重大作用,對(duì)降低變壓器重量和成本也有重要意義。

        2 變壓器絕緣故障的分析

        變壓器絕緣故障的根本原因有三個(gè):溫度、濕度、過(guò)電壓。

        2.1 溫度

        變壓器為油、紙絕緣結(jié)構(gòu),在不同的溫度下油與水有著不同的平衡關(guān)系,一般的情況下,隨著溫度的不斷升高,紙中的水分會(huì)向油中轉(zhuǎn)移,相反,油中的水分向紙析出。所以,溫度升高變壓器油中的水分會(huì)比較大,溫度低時(shí),油中水含量較少。對(duì)于絕緣材料來(lái)說(shuō),經(jīng)過(guò)研究,溫度不同時(shí),會(huì)改變纖維素的分解并產(chǎn)生CO與CO2等有機(jī)氣體,隨著溫度的升高,氣體的產(chǎn)生呈現(xiàn)為指數(shù)規(guī)律變化。油中的氣體含量與絕緣的老化有著直接關(guān)系,所以可以將測(cè)量氣體變化來(lái)判斷變壓器是否出現(xiàn)異常。IEC(國(guó)際電工委員會(huì))認(rèn)定A級(jí)絕緣變壓器在80—140溫度變化內(nèi),每提高6度,變壓器的壽命會(huì)降低一半,這就是著名的6度定則。

        2.2 濕度

        變壓器中濕度的增加可以加速絕緣中纖維素的降解,所以濕度越高,分解出的有機(jī)氣體越多。而油中的水分,對(duì)油的電氣性能和理化性能都有著極壞的影響。對(duì)某些變壓器,特別是中小型變壓器由于呼吸作用,使水分和潮氣進(jìn)入變壓器油中.這樣會(huì)大大降低油的耐電強(qiáng)度,從而可能引起線圈對(duì)油箱或鐵芯構(gòu)件的擊穿. 變壓器長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載可引起變壓器油的老化,油溫過(guò)高會(huì)加速油泥、水分及酸的生成.

        2.3 過(guò)電壓

        當(dāng)作用在絕緣上的電場(chǎng)強(qiáng)度超出了絕緣能承受的最大場(chǎng)強(qiáng)就會(huì)發(fā)生絕緣故障。本文中涉及的場(chǎng)強(qiáng)主要為作用電場(chǎng)強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱作用場(chǎng)強(qiáng))和耐受電場(chǎng)強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱耐受場(chǎng)強(qiáng))兩種。其中作用場(chǎng)強(qiáng)可分三大類,雷電沖擊作用場(chǎng)強(qiáng)(LI)、操作沖擊作用場(chǎng)強(qiáng)(SI)和工頻作用場(chǎng)強(qiáng)(AC)。這三種類型作用場(chǎng)強(qiáng)因絕緣成分不同,各自的耐受場(chǎng)強(qiáng)也不同。 而絕緣發(fā)生故障的原因按作用場(chǎng)強(qiáng)和耐受場(chǎng)強(qiáng)的抗衡關(guān)系可分為2種情況:

        ⑴作用場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高。例如110kV和220kV降壓變壓器的第三繞組(10kV或35kV繞組)在雷擊時(shí)出現(xiàn)作用場(chǎng)強(qiáng)高于變壓器本身的正常耐受場(chǎng)強(qiáng),引起雷擊損壞的絕緣故障。雷電過(guò)電壓,由于波頭較陡,會(huì)引起線圈匝間電壓分布不均,可能會(huì)在絕緣上產(chǎn)生局部放電,從而損傷絕緣。

        ⑵絕緣性質(zhì)改變引起的耐受場(chǎng)強(qiáng)下降。例如變壓器生產(chǎn)過(guò)程中絕緣損壞,或者是各種情況下絕緣受潮,對(duì)油紙絕緣中的水分,操作沖擊比雷電沖擊敏感 。而且由于操作過(guò)電壓的波頭比較平滑,電壓的分布曲線會(huì)近似為線性,產(chǎn)生的過(guò)電壓波在兩個(gè)繞組間轉(zhuǎn)移時(shí),與兩個(gè)線圈之間的匝數(shù)基本成正比,這樣容易對(duì)主絕緣或相間的絕緣產(chǎn)生損壞。

        3 變壓器制造過(guò)程中的防御措施

        根據(jù)前文的分析,我們可以得出,如何去減少變壓器絕緣故障的發(fā)生在于兩個(gè)方面,一是嚴(yán)格的限制自由水的含量,二是減少自由水局部集積現(xiàn)象的出現(xiàn)。所以,變壓器制造過(guò)程中我們可以從以下三點(diǎn)內(nèi)容,在絕緣故障發(fā)生前進(jìn)行防御。

        (1)在設(shè)計(jì)階段,進(jìn)行變壓器絕緣結(jié)構(gòu)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中,要保證工作場(chǎng)強(qiáng)的均勻分布,并且在絕緣用料總量一定的境況下盡可能的降低場(chǎng)強(qiáng)。列如,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,匝間工作場(chǎng)強(qiáng)一般不大于2kV/mm。

        (2)變壓器制造中的真空干燥階段,一般采用煤油氣相干燥,固體絕緣中的含水分含量應(yīng)小于0.5%,基本上不含自由水。

        (3)變壓器制造中的真空注油階段,由于變壓器油中含水量相對(duì)較多,注油時(shí)可能與油接觸的任體絕緣,都會(huì)吸附一定的水分,所以在注油后,應(yīng)采用各種工藝清除這些自由水。在注油前要檢查油中水分含量,在一般情況下,含水量必須小于10mg/L.

        4 結(jié)論

        本文對(duì)變壓器絕緣損壞的因素進(jìn)行分析,系統(tǒng)的闡述了變壓器絕緣的損壞的發(fā)生過(guò)程和預(yù)防措施。變壓器是電力電網(wǎng)中主要設(shè)備之一,延長(zhǎng)絕緣的使用壽命,減少由于絕緣損壞引起的質(zhì)量問(wèn)題,直接關(guān)系到變壓器的成本和在電網(wǎng)中運(yùn)行的費(fèi)用。因此,在變壓器運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)工作,如對(duì)變壓器油的定期分析、限制變壓器的過(guò)熱等,從而延緩變壓器的使用壽命.雖然變壓器絕緣的老化和損壞是一個(gè)不可避免的過(guò)程,但盡可能降低故障的發(fā)生,將成為今后研究的主要方向。

        參考文獻(xiàn):

        [1]路長(zhǎng)柏.電力變壓器理論與計(jì)算[J].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2007.

        [2]劉傳彝.電力變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法與實(shí)踐[J].遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

        作者簡(jiǎn)介:趙繼偉(1986-),男,吉林吉林人,職務(wù):技術(shù)支持,研究方向:變壓器絕緣相關(guān)。

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