浅析油浸式变压器的局部放电问题

蒋燕 王新卫

引言：本文主要介绍了油浸变压器局部放电的概念、产生根本原因、相关因素。分析了变压器局部放电对变压器绝缘的危害，并通过实际设计、生产经验阐述了减小变压器局部放电的具体措施及注意事项。

电力变压器是电力系统中关键的设备之一，它的安全运行历来是制造部门十分重视的问题。而变压器内部绝缘由于各种原因，在一定的电压下，内部了发生局部的、重复的击穿和熄灭现象。这种局部放电发生在一个或几个很小的空间，放电的能量是很小的，局部放电的存在并不影响电气设备的短时绝缘强度。但变压器在运行电压下，如在不可恢复的绝缘中存在局部放电现象，这些微弱的放电能量和由此产生的一些不良效应，可以慢慢损坏绝缘。久而久之，最后导致整个绝缘被击穿，威胁到变压器的安全稳定的运行，这一现象的危害性已逐渐被人认识。2003年以前，国标规定110KV局部放电试验为型式试验，而在2003年，国标GB1094.3-2003最新规定110KV变压器的局部放电试验为例行试验，正是为了提高电气设备运行可靠性而提出的。

一、变压器的局部放电概念

（一）“局部”的两个意义

1.变压器中某一个位置或若干位置发生的小区域的放电现象；

2.指绝缘的巨大表面的某一点或若干点放电，但放电点并没有构成电极间的击穿。

（二）局部放电的根本原因

1.电场的存在（必要条件），场强要达到一定程度（充分条件）即可能发生局部放电；

2.变压器绝缘存在薄弱点，承受不了该处的场强。

二、产生局部放电的具体原因及相关因素

（一）电场集中。电场集中包含了电极、绝缘结构、线圈及引线结构、电场叠加等方面的内容。

1.电极的形状：电极对平面与尖角是不同的。电荷集中在电极表面，若电荷密度能平均分配，则电场相对均匀，若电荷不平均则电荷多的，场强较高。而且无论是带电的电极还是不带电（零电位）电极，也包括绝缘件，其表面的曲率半径，对场强的影响都是重大的。因此在变压器结构中高场强处，无论是铁件还是绝缘件都需倒棱、倒圆角、无毛刺。

2.绝缘结构是否合理，线圈的形式是否合理。以绝缘结构为例：110KV器身绝缘中尽量避免楔形油隙；在减小主空道时，注意增加低压线圈匝绝缘厚度；在高压线圈内侧增加内垫纸条1mm，降低线饼辐向场强，以提高撑条表面放电电压的目的。

3.电场叠加问题，在同一时间两波相加电场强，两波相减电场弱。电场叠加主要反映在线圈出头布置，引线走向的布置。如：异相引线的交叉，就可能引起局部的电场叠加。使该处场强很强。引线交叉的地方，尽可能拉开距离，防止叠加场强。在有载调压分接引线中，如高电压等级分接范围±8×1.25%中，引线的排列不能让分接头1和分接头8放在一起，这样两者之间电场强度大，应尽量减小两个引线之间的电压差，从而减小场强。

（二）悬浮电位。即在变压器中，没有确定电位的金属件或金属异物。大多数没有确定电位的金属件在电场中都存在感应电位，带有感应电位的金属件就可能有局部放电现象，甚至与其周围绝缘件发生击穿。悬浮电位在发生局部放电后，瞬时可将电位降到零，然后再感应，再放电使周边绝缘件的绝缘能力逐步下降。其特點是：一开始并不显现出来，一但对周边绝缘发生侵蚀作用，发展就会迅速起来，所以及其危险。变压器中悬浮电位通常有：

1.金属异物：主要是操作不慎掉入器身中的异物；

2.夹杂上绝缘材料中的金属粉尘等；

3.不可靠接地及不可靠的电位点；

（三）气泡。气泡是指变压器的油中或固体绝缘件中的空腔里夹杂的空气。它与油中溶解气体是不同的概念。变压器油含气量的概念是指溶解在油中气体的量，它无论多大，只要无分离出来气泡，则对局放是没有影响的。一旦分离出气泡对局部放电的影响很大。由于气泡的容腔是气体，在交流电场的作用下复合绝缘中分担的场强与材料的介电常数成反比，即E1×ε1= E2×ε2，空气的介电常数ε1近似于1，油的介电常数ε2似近于2.2，因此气泡存在使电场非常不均匀，大部分集中到气泡上，气泡首先游离放电，增大放电量。在变压器中，粘贴绝缘件时，用胶用漆都不应过多，将多余的胶瘤去掉，否则胶鼓起，里夹有气泡，引局部放电。油浸式变压器中，气泡主要包括：

1.油中气泡；2.层压绝缘件中空腔；3.注塑件（如螺杆、螺母）中的蜂窝孔；4.漆瘤、胶瘤、电木筒气泡等。

三、减小局部放电的具体措施

随着变压器的设计和工艺制造质量的逐步发展，变压器局部放电的视在放电量已从20世纪80年代开始时上千PC逐步下降至小于500PC，甚至更低。由于各个企业的技术条件及生产，工艺条件的不尽相同，其局部放电量是不一样的。厂家可实际生产经验采取一定的措施，尽力降低局部放电量。

（一）制造材料的选用，变压器铜线应光滑，无毛刺；绝缘材料无气孔及杂质、异物。

（二）在选用组件时，要对组件进行严格检查，保证组件（如，开关，套管等）本身的局部放电量要足够低。

（三）设计时，从消除电场集中上下功夫，要控制各部分电场强度在允许的范围内。如确定零部件倒角的尺寸、位置；特别要注意引线电场强度的控制，选择引线的截面及形式，引线的排列方式，各部位的绝缘距离等。

（四）在工艺制造过程中，要特别注器身中各部件的清洁，决不允许带入任何金属异物；作业环境要洁净；产品真空干燥处理水平要适应各电压等级的要求，严格按工艺要求执行；变压器装配中使用的各个金属零部件，绝对不允许出现悬浮。

（五）在装配过程中要注意各个附件的清洁度，对外购件进行检查，对自行加工的零部件，也必须做到干净清洁。特别是焊接件、金工件，要彻底清理加工过程中所残留的异物和杂物，也要注意在总装过程中，新产生的金属性异物的收集与清理。

（六）变压器总装配后，必须在高真空的条件下（如133Pa）进行注油，而且在整个注油过程中，都要保持这个真空度。注油结束以后的补油，也应在真空状态下进行。变压器注油后，要有相当长的时间的静放，对于110kV等级变压器至少静放时间为36小时，使变压器中可能残存的气体被变压器油充分吸收，避免在进行局部放电试验时发生气体放电。

（七）选择合适的试验方法及适当的屏蔽措施。变压器局部放电试验过程中对局部放电影响也很大。

1.试验时，应尽量消除环境外部干扰。试验电源用可控硅励磁；试验站应埋设专门的接地网；外部设备用电引起的干扰，可避开吊车滑线，上下闭合。

2.套管式电流互感器、套管未屏是否接地；

3.试验高电压端加装屏蔽等等。

四、结论

综上所述，影响变压器局部放电的因素很多，主要有三点：⑴材料的纯净；⑵产品设计的绝缘结构；⑶工艺处理（除水、除汽、除杂质）。从产生局部放电的原因及部位分析，引起变压器局部放电的关键因素有四个方面：⑴导电体及非导体的尖角毛刺；⑵固体绝缘的空穴、缝隙中的空穴及油中微量的气泡；⑶高电场下产生的悬浮电位的金属物；⑷绝缘体表面的灰尘及脏物。它们之间互有影响，环环相扣，并不是孤立的。应从设计、工艺、生产、操作、管理各方面采取措施，严格控制。使变压器整个工艺过程均在可控的条件进行，这样才能使变压器的局部放电的量值更低一些，才能生产出更优质的产品。

参考文献

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