徐林峰，潘必超，俞天波

(杭州錢江電氣集團股份有限公司，杭州 311243)

我國在電力變壓器技術(shù)研究方面取得了很大進步，研發(fā)了質(zhì)量更輕、體積更小、電壓級別更高的干式變壓器。干式變壓器在自然空氣冷卻時能夠在額定容量下長期穩(wěn)定地運行，強迫風冷時，變壓器輸出容量能夠提升一半以上，適合斷續(xù)超荷載運行或應(yīng)急事故的超荷載運行。與油浸式變壓器相比，干式變壓器具有防火、無污染、重量輕、安裝成本低、安全等特點，多用于防火標準較高場所。

1 干式變壓器絕緣層閃絡(luò)放電檢測的作用

如果干式變壓器所處條件比較惡劣，絕緣承受的電場強度會不斷增強，導致閃絡(luò)放電問題，而閃絡(luò)放電會導致熱電變化，將大大降低變壓器的絕緣性能，影響變壓器的正常運行。變壓器絕緣層老化主要是因為內(nèi)部發(fā)生閃絡(luò)放電造成的，如果這種放電狀態(tài)長期發(fā)生，會加速絕緣老化，極易造成短路或擊穿等現(xiàn)象，因此強化干式變壓器的閃絡(luò)放電檢測至關(guān)重要[1]。

2 干式變壓器絕緣層閃絡(luò)放電檢測方法

2.1 脈沖電流法

此方法運用廣泛，是與國際標準銜接的變壓器定量檢驗方式，但分析時間較長，需設(shè)干式變壓器為電容，若變壓器發(fā)生閃絡(luò)放電情況，則檢測回路中會出現(xiàn)脈沖電流信號，可利用方波對其進行定量校正，以準確測算放電量數(shù)值。檢測時一般需控制頻率在1MHz以下，具有較高的靈敏性，但極易因為外界因素的干擾而造成一定的影響，因此存在一定的局限性，目前主要用于現(xiàn)場實驗或室內(nèi)檢測中，但現(xiàn)場條件與室內(nèi)條件影響因素眾多，此種干擾因素會把原本電流信號覆蓋，故而如何避免外界干擾是重點。

2.2 超高頻檢測法

與脈沖電流法相比，此方法在抵御外界干擾方面具有顯著優(yōu)勢。若干式變壓器出現(xiàn)閃絡(luò)放電問題，通常會發(fā)生抖動電流脈沖，在正負電荷中和環(huán)境下對外界釋放電磁輻射，而放電間隙絕緣強度與閃絡(luò)放電中的電磁波頻譜特性具有相關(guān)性，如果放電速率過快，則證明放電間隙小，還會出現(xiàn)高頻電磁波，說明電流脈沖有著一定的抖動，若在檢測中絕緣強度高，放電則會加速擊穿現(xiàn)象，發(fā)生明顯的脈沖抖動情況并對外輻射電磁波，對電磁波展開檢測就能對放電現(xiàn)象進行檢測。閃絡(luò)放電檢測頻率一般在1 MHz內(nèi)，與檢測平臺、電網(wǎng)載波平臺等接近，極易因外部因素造成干擾，若干擾比較嚴重，就不能對閃絡(luò)放電與背景干擾進行有效區(qū)分。超高頻檢測頻段控制在300～3 000 MHz，對閃絡(luò)放電中的超高頻電充信號展開檢測，可進一步防止干擾[2]。

2.3 超聲波檢測法

該方法是通過超聲換能設(shè)備，用電氣信號替代原本信號，完成檢測。變壓器發(fā)生閃絡(luò)放電后會產(chǎn)生超聲波信號，因此可運用此方法對放電展開檢測，但變壓器結(jié)構(gòu)比較煩瑣，傳播中會受到介質(zhì)影響，如聲波從內(nèi)到外傳播時會受到鐵芯與線圈影響，導致降低信號，因此只利用超聲波無法做到定量檢測。若放電位置與傳感器間距較近或傳輸時受到的影響較小，則檢測靈敏性較高。若放電處與檢測處間距較遠，則會造成聲波傳播衰減，無法利用此方式展開檢測，也不能精準定位放電缺陷。

3 案例分析

某中心站工作人員在巡查變電站1號干式變壓器時，了解到高壓繞組A相表層絕緣有15 cm長的閃絡(luò)放電跡象，如圖1所示。通過紅外測溫看出，此區(qū)域溫度異常，爬電處最高溫度達到近45℃。通過檢查發(fā)現(xiàn)，此變電站2號與3號干式變壓器在相同位置出現(xiàn)裂痕，可輕微放電。此變電站3臺干式變電器都是某企業(yè)于2008年生產(chǎn)、于2009年投運的，按照主變室抽濕機顯示，溫度在28℃，濕度在55℃，處在正常指標內(nèi)。

3.1 缺陷分析

針對干式變壓器閃絡(luò)放電展開分析，能夠看出，1號主變高壓繞組表層絕緣損壞位置是有載調(diào)壓的最低電壓抽頭處，與2號與3號相對，干式變壓器在同一位置存在高壓繞組表層絕緣層相應(yīng)程度的破壞。對變壓器結(jié)構(gòu)與運行條件進行分析，主要原因有以下兩個方面：

1) 干式變壓器結(jié)構(gòu)原因。主變結(jié)構(gòu)見圖1，它是對稱結(jié)構(gòu)，即使前后環(huán)境具有顯著差異，但總體差別不大，其制造工藝與絕緣材料對于電場強度具有極大的影響。變壓器運行時，電場強度較高的位置更易吸附粉塵顆粒，通常附著在高壓繞組套筒表層，導致溫度持續(xù)上升。當粉塵積攢到一定量、溫度達到一定值時，套筒表層會出現(xiàn)小橋，發(fā)生沿面放電并不斷惡化，沿面放電時高壓氣體會造成絕緣層裂縫，出現(xiàn)新的放電點，從而構(gòu)成閃絡(luò)放電，對變壓器運行產(chǎn)生影響，甚至引發(fā)事故。綜合此次出現(xiàn)問題的變壓器，有載調(diào)壓一共分成9個檔位。9擋位有載抽頭電壓較低，總體絕緣表層電壓差較小和較大的位置是出現(xiàn)閃絡(luò)放電的位置，有載抽頭絕緣部件上方是抽頭線圈，下方是高壓繞組，絕緣部件兩端出現(xiàn)的電位差是導致閃絡(luò)放電的關(guān)鍵因素。有載抽頭位置點位差如圖2所示，能夠看出閃絡(luò)放電的原因。此變壓器高壓繞組抽頭的調(diào)壓與帶單獨調(diào)壓繞組中性點的調(diào)壓和高壓繞組某段抽頭中性點的調(diào)壓相比，調(diào)壓裝置、繞組與引線均在高電壓中，對絕緣有更高的要求，此外，有載1擋為全電壓，9擋為最小電壓，導致圖3高壓電差位置的壓差為總體絕緣外層最大的位置，而高電壓差造成高電場強度，為沿面放電提供了可能性，存在一定的安全隱患[3]。

2) 環(huán)境原因。此變電站已經(jīng)投運10余年，表層有一定的灰塵堆積，而3臺變壓器高壓繞組絕緣層閃絡(luò)放電處和安全阻隔網(wǎng)間距為28 cm，易出現(xiàn)電暈積灰，這是導致閃絡(luò)放電的另一因素。在絕緣層表層粉塵長期附著的情況下，因干式變壓器結(jié)構(gòu)原因造成電位差，使得粉塵有序排列，發(fā)熱、積灰、放電不斷循環(huán)，形成沿面局部放電路徑，沿面放電發(fā)展為氣體與液體的損壞性放電，從而發(fā)生閃絡(luò)放電[4]。

圖1 干式變壓器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure chart of dry type transformer

圖2 電位差示意圖Fig.2 Schematic diagram of potential difference

3.2 缺陷處理

對變壓器展開一次保養(yǎng)，在變壓器繞組表層添加防水絕緣材料。對1號干式變壓器展開診斷性實驗，項目包括直流電阻、絕緣電阻實驗，對閃絡(luò)放電沿面展開遙測，間距為20 cm爬距時，絕緣電阻為3 MΩ，高壓端對放電跡象為1 080 MΩ。利用砂紙清除表層炭黑等放電跡象后再開展檢測，沿面數(shù)據(jù)提升至12 MΩ，端對表層依舊，從而排除線圈對放電位置有貫穿性破壞[5]。利用砂紙對筒體表層展開打磨，清潔粉塵，用丙酮去濕之后涂抹防水絕緣材料，痕跡位置進行加厚處理，放電位置開展絕緣處理。由于3臺變壓器繞組絕緣層放電處和安全阻隔網(wǎng)距離較近，為避免電暈造成灰塵小范圍集中堆積，在繞組與防護網(wǎng)中間安裝絕緣擋板，減少電暈的發(fā)生。消除后，對放電痕跡位置展開診斷性檢測，獲得數(shù)據(jù)為沿面13 500 MΩ，檢測達標。

4 缺陷處理理論分析

4.1 絕緣層厚度對電場強度的影響

絕緣澆注時，因為工藝等因素，無法做到各部位厚度的高度統(tǒng)一，不能做到零氣隙出現(xiàn)。絕緣層較薄時，假設(shè)氣隙大小與樹脂層厚度a相同，那么氣隙的場強為U/a；絕緣層較厚時，假設(shè)厚度加厚了b，U=W+V，在a上得到的電壓是W，氣隙的場強是W/a。因為U>W，W/a

4.2 高低壓繞組場強分析

高低壓繞組類似于兩個圓筒形電極，其兩端的電場強度不均勻分布。兩個繞組等高與不等高電場分布如圖3所示。圖3(a)中，電場聚集到一點，圖3(b)中，電場分散在2個點，因此，圖3(a)中的電場分布并不均勻，即高壓繞組與低壓繞組高度相同時，端部電場比不等高時呈現(xiàn)均勻分布。真空澆注并非做到絕對真空狀態(tài)，澆注時極易出現(xiàn)細微氣隙，若絕緣層較薄(通常設(shè)計高壓繞組外層數(shù)值絕緣層厚度為1～2 mm)或絕緣層堆積粉塵較多時，電場強度過大的位置會令局部放電可能性顯著提升，加厚絕緣層可使電場強度明顯減少，令局部放電可能性大大降低。此外，高低壓繞組需設(shè)計成相同高度，否則會導致電場分布不均勻，對干式變壓器的各種性能造成不良影響。

圖3 繞組端部電場分布Fig.3 Electric field distribution at winding end

5 結(jié)束語

對干式變壓器結(jié)構(gòu)進行分析發(fā)現(xiàn)，在電場強度過大的位置合理增加絕緣層厚度，可明顯降低氣隙中場強與灰塵吸附后的沿面放電概率，針對其運行條件，在絕緣層閃絡(luò)放電處和安全阻隔網(wǎng)之間安裝絕緣擋板，可避免電暈造成粉塵小范圍的集中堆積。在制造工藝方面，盡可能減少澆筑時出現(xiàn)的絕緣層氣隙，增厚絕緣涂層，保證高低壓繞組高度相等，均勻分布電場，以實現(xiàn)干式變壓器的良好運行。干式變壓器在通風干燥條件下使用期限較長，因此檢測維護有效期也可延長，但是如果運行條件較為惡劣，如濕度大，空氣中灰塵等極易吸附在變壓器上，則需合理縮減變壓器的維護檢測時間間隔，及時進行維護、清潔，以保證干式變壓器的穩(wěn)定運行。