变压器绝缘故障浅析

赵继伟　佐明

摘 要：变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应作用将一种电压﹑电流的交流电能，转换成同频率的另一种电压，电流的电能。变压器是电力系统中的重要电气设备。本文，对变压器的绝缘结构进行了介绍，并对影响绝缘的因素进行了分析及提出预防措

关键词：耐受电压 ；变压器绝缘；防御措施

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

1 变压器绝缘介绍

众所周至，绝缘材料与线圈用的铜、铁心用硅钢片一并是变压器中最重要的材料，尤其是变压器绝缘的性质直接影响变压器运行的可靠性和使用年限。绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物质，用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定的方向流通，在变压器中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮和保护导体等作用。绝缘材料的使用效率直接影响到变压器的成本。绝缘主要使用层压纸板和层压木，其制造过程是由纸、布及木质单板做底材，浸涂不同的胶粘剂，经热或卷制成层状结构。层压制品的性能取决与底材和胶粘剂的性能及其工艺。

电力变压器的绝缘可分为内绝缘和外绝缘。外绝缘是指油箱外面套管相互间的空气绝缘，套管导电部分对储油柜、冷却装置及其它接地部分的空气绝缘。内绝缘是指绕组间的绝缘：包括主绝缘、纵绝缘及引线的绝缘。电力变压器的主绝缘是指同一铁心柱中各绕组间的绝缘、相间绝缘、绕组与油箱、绕组与铁心间绝缘、绕组与铁轭间的绝缘。无论哪种类型的变压器，其主绝缘结构都是十分重要的，它既影响到运行的可靠性，也是决定产品成本及其技术先进性等的主要因素。合理地设计变压器主纵绝缘结构对变压器安全可靠运行起着重大作用，对降低变压器重量和成本也有重要意义。

2 变压器绝缘故障的分析

变压器绝缘故障的根本原因有三个：温度、湿度、过电压。

2.1 温度

变压器为油、纸绝缘结构，在不同的温度下油与水有着不同的平衡关系，一般的情况下，随着温度的不断升高，纸中的水分会向油中转移，相反，油中的水分向纸析出。所以，温度升高变压器油中的水分会比较大，温度低时，油中水含量较少。对于绝缘材料来说，经过研究，温度不同时，会改变纤维素的分解并产生CO与CO2等有机气体，随着温度的升高，气体的产生呈现为指数规律变化。油中的气体含量与绝缘的老化有着直接关系，所以可以将测量气体变化来判断变压器是否出现异常。IEC（国际电工委员会）认定A级绝缘变压器在80—140温度变化内，每提高6度，变压器的寿命会降低一半，这就是著名的6度定则。

2.2 湿度

变压器中湿度的增加可以加速绝缘中纤维素的降解，所以湿度越高，分解出的有机气体越多。而油中的水分，对油的电气性能和理化性能都有着极坏的影响。对某些变压器，特别是中小型变压器由于呼吸作用，使水分和潮气进入变压器油中.这样会大大降低油的耐电强度，从而可能引起线圈对油箱或铁芯构件的击穿. 变压器长时间过载可引起变压器油的老化，油温过高会加速油泥、水分及酸的生成.

2.3 过电压

当作用在绝缘上的电场强度超出了绝缘能承受的最大场强就会发生绝缘故障。本文中涉及的场强主要为作用电场强度（简称作用场强）和耐受电场强度（简称耐受场强）两种。其中作用场强可分三大类，雷电冲击作用场强（LI）、操作冲击作用场强（SI）和工频作用场强（AC）。这三种类型作用场强因绝缘成分不同，各自的耐受场强也不同。 而绝缘发生故障的原因按作用场强和耐受场强的抗衡关系可分为2种情况：

⑴作用场强过高。例如110kV和220kV降压变压器的第三绕组（10kV或35kV绕组）在雷击时出现作用场强高于变压器本身的正常耐受场强，引起雷击损坏的绝缘故障。雷电过电压，由于波头较陡，会引起线圈匝间电压分布不均，可能会在绝缘上产生局部放电，从而损伤绝缘。

⑵绝缘性质改变引起的耐受场强下降。例如变压器生产过程中绝缘损坏，或者是各种情况下绝缘受潮，对油纸绝缘中的水分，操作冲击比雷电冲击敏感 。而且由于操作过电压的波头比较平滑，电压的分布曲线会近似为线性，产生的过电压波在两个绕组间转移时，与两个线圈之间的匝数基本成正比，这样容易对主绝缘或相间的绝缘产生损坏。

3 变压器制造过程中的防御措施

根据前文的分析，我们可以得出，如何去减少变压器绝缘故障的发生在于两个方面，一是严格的限制自由水的含量，二是减少自由水局部集积现象的出现。所以，变压器制造过程中我们可以从以下三点内容，在绝缘故障发生前进行防御。

（1）在设计阶段，进行变压器绝缘结构图纸设计中，要保证工作场强的均匀分布，并且在绝缘用料总量一定的境况下尽可能的降低场强。列如，在设计过程中，匝间工作场强一般不大于2kV/mm。

（2）变压器制造中的真空干燥阶段，一般采用煤油气相干燥，固体绝缘中的含水分含量应小于0.5%，基本上不含自由水。

（3）变压器制造中的真空注油阶段，由于变压器油中含水量相对较多，注油时可能与油接触的任体绝缘，都会吸附一定的水分，所以在注油后，应采用各种工艺清除这些自由水。在注油前要检查油中水分含量，在一般情况下，含水量必须小于10mg/L.

4 结论

本文对变压器绝缘损坏的因素进行分析，系统的阐述了变压器绝缘的损坏的发生过程和预防措施。变压器是电力电网中主要设备之一，延长绝缘的使用寿命，减少由于绝缘损坏引起的质量问题，直接关系到变压器的成本和在电网中运行的费用。因此，在变压器运行中应加强维护工作，如对变压器油的定期分析、限制变压器的过热等，从而延缓变压器的使用寿命.虽然变压器绝缘的老化和损坏是一个不可避免的过程，但尽可能降低故障的发生，将成为今后研究的主要方向。

参考文献：

[1]路长柏.电力变压器理论与计算[J].辽宁科学技术出版社，2007.

[2]刘传彝.电力变压器设计计算方法与实践[J].辽宁科学技术出版社，2002.

作者简介：赵继伟（1986-），男，吉林吉林人，职务：技术支持，研究方向：变压器绝缘相关。