变压器内部放电常见故障及分析

王毅

【摘 要】作为绝缘特性试验项目中的一种，局部放电测量能够很好地规避破坏，所以大型电力变压器运行部门及其制造厂商对此也给予了越来越多的关注，而且还可用于变压器内部的分析，找出其中有着较高场强的区域，这些区域很有可能会危害到变压器的长期运行。怎样利用各式各样的检测手段来解决局部放电的问题是非常重要的。但由于局部放电检测的特殊性和放电类型的复杂多样性，系统掌握局部放电检测和问题分析，需要通过大量的实践及积累大量的试验积累。

【关键词】变压器;内部绝缘系统;局部放电

1变压器油纸绝缘局放的基本概念

在变压器中，由于各种原因造成绝缘结构中存在绝缘缺陷，在一定的外施电压下，内部绝缘中产生的电场强度，足以使绝缘部分缺陷区域发生放电，这种放电是发生在变压器内部局部的、重复的击穿和熄灭，未达到绝缘发生贯穿性击穿，这种放电现象叫局部放电。当高电场强度下，变压器绕组的内部的绝缘缺陷會产生局部放电，是不贯通的放电，一定的短时间的放电量低于一定等级下不会造成绝缘系统产生损坏。局放产生的主要原因有设计场强控制不力、异物控制不好、绝缘内部含气穴。

2局部放电的机理及分类

2.1绝缘介质的内部放电

如果变压器绝缘内部有小气泡、其他介质、小油间隙。必然会造成绝缘材料的薄弱，或介质薄弱点与其他介质分布不均匀，会出现局放。其值的大小和小气泡、其他介质、小油间隙尺寸一致。变压器内部层压木、层压纸板，内部或多或少的会有气穴或介质不因数不同的物质。在交变的回路中，场强排列反比其介质常数，气态的介质常数一般远小于固态的，进而所受电磁场力大，所以该区域等电压大到一定程度时，该绝缘件薄弱内部气穴会最先产生局部放电。当外部施加的时直流电时，气穴放电产生的电量，在电压作用下挪到到气穴边沿上;这些电荷又聚集在一起形成与外加电压方向相反的电荷，降低了气穴中的电场，很可能使绝缘材料中的气穴中放电消失。然而当施加交变的电压，因为交流电压的周期性，绝缘材料中的外施加电场方向周期变化，与气穴中放电电荷形成的反电场方向相同，增强了气穴中电场强度，使得气穴能在较低的电压下产生放电。因而交变的电压下固体内部的局部放电要比直流回路中要大的多。

2.2绝缘介质的沿面放电

绝缘介质的表面发生局放与电场的电极形状有关，当发生局放的电极不对称时，脉冲幅值的正负半周就会产生变化。如果固体件表面放电的电极位于大电压时，此时放电零点坐标下的放电波形会较大、较稀;正半周的放电脉冲一般较小、很密。当施加电压相反时，放电图形也会相反。放电波形密集，一、三象限不对称，放电小的象限波形更为密集。放电频率类似油中放电。放电量较大时伴随气穴放电。放电量的大小随励磁升高而显著增大。一般采用沿面放电的绝缘纸重新包扎，更换沿面放电的夹木等方式处理。

3局放测置原理及方法

3.1局放定位方法

3.1.1电气定位

通过改变变压器接线施加电压的方式，从而调整试验的变压器电压位分布来综合分析，综合所测的局放量同时结合起始电压，校正方波时所记录的其他绕组传递的波形大小所得出传递比，加上熄灭电压等信息量对局放进行分析。通过电气定位法进行矢量的分析，对于分析局放位置有初步判断。通过回路电路的定位方法能定出大体位置，具体位置还得结合变压器的绝缘结构进行分析判断。

（1）高压支撑法

此方法的接线方式，高压的非被试相接地，抬高被试相电压1.5倍，低压的励磁电压降低了1.5倍，中性点为1/3倍的高压感应电压。当高压达到一定电压时，低压匝电压降低。正常接线和高压采用支撑的方式比较起始和熄灭电压，当施加的相等电压时，局部放电有可能发生在变压器绕组的线匝绝缘、纵绝缘，也有在线圈内撑条上。但当常规接线时，局放出现的励磁电压为支撑法接线时刚刚出现局放此时的励磁电压的1.5倍，可以判定局放在高压首头附近。支撑法要考虑励磁电压的出现局放和熄灭时励磁电压的大小，同时要测量容性中性点套管的局放，决定是调压还是高压首端，采用此方法还要注意中性点电压能否耐受1/3倍的高压感应局放电压。

（2）多端子测量法

采用多个点检测局放，被试相与非被试相，高、中、低压都同时检测局放，通过传递关系，及波形大小和电压关系综合判断局放的位置，距离那个端子比较近。如下图进行试验前被试相所有端子都应记录方波校正信息，同时记录在方波校正时对应端子的传输过来的量值，对这些量值进行分析记录。一般都是固定倍数的关系。局部放电试验时根据记录的测量的量，测量的量大的定义为发生局放相，比较记录的倍数关系是否满足方波校正的关系，来判断其他绕组是否仅仅是传递过来的量，而不是本身的放电。这样可以有效的判断是否是变压器内部绝缘放电及套管放电，进而快速判断局放问题。

3.1.2超声波检测法

超声波定位法结合局部放电试验，已经状态检修时测量局放并有广泛的应用。电力变压器内部局部放电点的声传播在油中的传播速度进行定位。通过测声纳法发出的不同的频带波形，进行分析。可以判断出具体位置。外界干扰使得，局放测量时无法接受电的信号时，可采有接受超声定位的方法。可采用声-声定位法。

a、两超声探头法

两超声探头法是通过测量放电源，到两个探测器之间超声波传播的时延差△t的定位方法。如图2通过收到最近的信号超声定位探头计算时延差△t，与声音在油箱传播速度的距离，分析出放电源的具体放电部位。

b、多个超声探头法

多个超声探头法是在变压器油筘上摆放利用两个或多个局部放电超声探头，计算多个超声探头相互间的收到信号的时间差，选取一探头为参考点，计算时间差，系统通过吋间差的综合分析计算，得出放电位置于参考点的坐标（X，Y，Z）和距离。

3.3介质损耗法

变压器内部发生局部放电时，产生的能量将会使介质增加附加损耗。当施加的电压越高时，放电的频次就会越明显，介质的附加损耗就会越大。利用测量附加损耗的大小来判断局部放电的方法，称为介质损耗法。介质损耗法测量简单，不需要特殊测量设备，但测量灵敏度很低，只有局部放电的视在放电量大于500pC才可以发现。而且变压器内部受潮时，介质损耗也会増大，很难区分是由于局部放电产生的损耗增大，还是其他原因所导致。

参考文献：

[1]谢军.变压器油纸绝缘局部放电劣化规律及诊断方法[D].华北电力大学（北京），2016.

[2]刘奇.电力变压器局部放电超声波检测方法研究[D].沈阳工业大学，2017.

[3]刘嘉林，董明，安珊，杨兰均，邝石，张伟政.电力变压器局部放电带电检测及定位技术综述[J].绝缘材料，2015，4808：1-7.

（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）