变压器绝缘表面沿面放电问题

崔丽丽　韩旭东

摘 要：介绍了引起变压器绝缘表面沿面放电的结构原因，变压器绝缘表面沿面放电的两个主要因素，概述了防止变压器绝缘表面发生沿面放电的措施。

关键词：变压器；沿面放电；爬电

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.180

1 前言

根据统计结果显示，在变压器的各类故障中由绝缘结构引起的故障仍占较大比重。因此解决好绝缘表面沿面放电问题对变压器的安全运行非常重要。

2 绝缘表面沿面放电的结构原因

变压器中同时采用油和固体绝缘材料，因此存在着沿固体和液体介质分界面上的放电问题。其结构基本上可以分为两种，如图所示：图1中电力线基本沿着固体和液体的分界面，即相对于切线分量而言法线分量很小，固体介质的存在并不改变电极间的放电途径；图2中，电力线穿过固体和液体介质的交界面，切线分量和法线分量同时存在，此时两电极间的放电途径因固体介质的存在而发生改变。图2所示结构是切线分量和法线分量同时存在的可滑闪结构，因此图2结构的击穿电压比单纯存在切线分量的图1结构的击穿电压要低得多。（图中虚线为沿面放电路径）

当滑闪开始后，绝缘间隙距离不再起多大作用，因此在施加试验电压的情况下，不允许发生滑闪放电。滑闪结构放电电压和电极的几何形状以及固体绝缘的密度有关。图3为两种不同几何形状电极的试验装置。将其浸泡在油中，施加50Hz工频电压，加压间隔为5～10s，直至放电发生。结果表明b型电极比a型电极的放电电压约低20%，而且放电电压随着纸板的密度的增加而降低。因纸板密度增加，其相对介电常数ε也相应增大，这样使与纸板相邻的油隙的电场强度增大。在变压器的绝缘结构设计时，需要仔细地考虑电极形状和选择合适的绝缘纸板的牌号。

3 引起变压器绝缘表面沿面放电的因素

在变压器绝缘试验中能够发现绝缘表面发生沿面放电现象。引起沿面放电的主要因素有两个：

（1）存在高电场强度的局部区域或“点”，高电场强度使其表面的变压器油发生游离，产生带极性的电荷，这是引起各种放电现象的根源；

（2）在绝缘表面存在着电场的沿材料表面和垂直材料表面的分量，也就是电力线和绝缘材料表面有一个小于直角的相交点，电荷在电力线的沿面分量的推动下向前运动，电荷在向前移动的过程中与绝缘材料表面摩擦产生大量的热量，使绝缘材料表面发生炭化，出现黑色的爬电痕迹，称为“黑痕”。当产生的热量不足以使绝缘材料表面发生炭化，只是使绝缘材料的内部发生分解，产生气体，造成绝缘材料表面有突起的爬电痕迹，称为“白痕”。在绝缘材料表面不管发现了“黑痕”还是“白痕”，都可以认为已经发生过沿面放电。

当油流速度过大，造成变压器油和绝缘材料剧烈摩擦，使油分子分离，负极性的电荷在绝缘材料表面聚集，使该部分的电场强度超过油的击穿电场强度时就会发生沿面放电。当绝缘纸板表面受潮使其性能下降，也会发生沿面放电。

4 防止变压器绝缘表面发生沿面放电的措施

变压器内部的电场状况比较复杂，均匀电场很少，绕组的饼间（不包括线饼的两端）可以认为是均匀电场。而同一个铁心柱和不同铁心柱的两个绕组之间、低压绕组和铁心屏蔽之间则是稍不均匀电场，其他几乎是极不均匀电场。在极不均匀电场中，很容易出现沿绝缘表面的爬电并进而发生沿面放电，这种放电形式的放电电压很低。变压器内部极不均匀电场的状况难以改变，因此该部位的绝缘结构布置合理与否是该电场中绝缘能否承受得住电压作用的关键问题。在极不均匀电场中，绝缘结构布置一般遵循以下几个原则：

（1）尽量降低“尖端”处以及此处油中的电场强度；

（2）尽可能地按等电位来布置绝缘结构；

（3）尽可能延长爬电路径；

（4）要选用抗爬电性能好的绝缘材料。

5 结束语

在变压器内部绝缘结构中，不可避免地存在着“爬电结构”。要提高绝缘结构的放电电压，一般采用的方法是增加爬电距离或阻碍放电的发展。

参考文献：

[1]保定天威保变电气股份有限公司.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[2]严璋，朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2001.

作者简介：崔丽丽（1982-），女，辽宁沈阳人，工程师，主要从事变压器类产品的研发和设计工作。