关于现阶段高压电力变压器绝缘故障分析与防范

朱昱达 李倩

摘 要：新时期背景下，国内经济持续快速发展，电力工程建设取得了突飞猛进的发展，且随着各行各业对电能的需求量不断提升，衍生出了一系列电力工程项目。而在众多电力工程中，变压器作为电力输送的关键电气设备，在整个电力系统中发挥着不可或缺的作用，其运行的稳定性关乎系统整体性能。为能够从根本上保障变压器实际运行成效，需加强对变压器故障的有效防范。对此，本文着重对高压电力变压器绝缘故障类型及其事故预防进行重点探究，确保变压器内部隐患的彻底消除。

关键词：高压变压器;绝缘故障;防范

一、高压电力变压器绝缘故障类型

1.固体绝缘材料故障

①纤维材料

电力变压器中最为常见的绝缘材料当属绝缘纸纤维材料。纸纤维主要提取于植物中基本固体组织成分，其中主要包含正负电原子核，绝缘材料与金属导体不同自由电子几乎为零，离子电导则是绝缘体中极小电导电流的主要来源。

纸纤维具有吸潮性。一般情况下，纸纤维吸水时易于削弱氢氧根之间的相互作用，机械强度在纤维结构不稳定的情况下急剧恶化。因此，若要确保纸绝缘能够正常使用，需经过干燥、真空干燥、浸油或浸绝缘漆等处理后方可使用。其中，浸绝缘漆的主要目的是为了提升纤维的绝缘性、化学稳定性以及機械强度。

②固体绝缘材料老化

固体绝缘最大的特点就是非可逆性的老化，特别是机械老化和电气强度老化后均不可恢复。在高压电力变压器绝缘结构中，主要包括以下几部分：绝缘纸、绝缘卷、绝缘板、绝缘绑扎带以及绝缘垫等，而纤维素是其中最为主要的成分之一。通常情况下，新纸的聚合度约为1300，当聚合度不足250，机械强度降50%以下，极度老化使寿命终止的聚合度为150-200。当绝缘纸发生老化后，无论是聚合度还是抗张强度均随之降低，并生成水、糖醛等。

老化后产物直接危害电气设备，降低绝缘纸的体积电阻率和击穿电压、增大介损、削弱抗拉强，甚至对设备中的金属材料产生腐蚀。为避免上述现象发生，应确保电力变压器固体绝缘材料的机械性和绝缘性。

判断固体绝缘性能可取样测量纸或纸板的聚合度或利用高效液相色谱分析技术测量油中糠醛含量。常见固体绝缘材料故障如下。

第一，纤维脆裂。当纤维材料过度受热后，当中的水分将被蒸发，进而加剧了纤维材料的脆化。纸材脆化后容易剥落，再加上各种冲击力的影响，如，机械震动、操作波以及电动应力等，可能产生绝缘故障甚至引发严重的电气事故。

第二， 纤维材料机械强度下降。随着受热时间的延长，纤维材料的机械强度也随之下降，当变压器发热后排除绝缘材料水分，将增加绝缘电阻，极大程度上降低机械强度。

第三，纤维材料本身收缩。纤维材料先脆化后收缩，夹紧力降低，改变收缩位置，使变压器绕组在冲击电压或电磁振动下因移位摩擦而对绝缘性产生影响。

2.液体绝缘材料故障

变压器油属于液体类的绝缘材料，从成分来看主要包括树脂、烃、酸和其它杂质混合物，上述各类成分具有一定的不稳定性，再加上温度、光合作用以及电场的影响之下将加速氧化。一般，变压器油氧化过程需要消耗大量时间，但当金属、气体、杂质等混入变压器油中会加速氧化，改变油的性质。

二、变压器绝缘事故及预防

1.悬浮导体

根据高压变压器的结构特征来看，高压套管的均压球、穿心螺杆上的紧固螺钉、导电回路的固定螺钉以及油箱磁屏蔽的接地螺钉等均属于可能产生金属件松动或脱落。在高压变压器中，为了避免各结构件产生杂散损耗，通常将电工钢带组成的屏蔽材料安装于油箱壁及结构件上，这种磁屏蔽主要是依托于接地螺栓进行接地处理，如果接地不良或者发生脱落，将会磁屏蔽悬浮放电，若未能及时处理将会引发故障。为避免金属紧固件发生松动或者脱落，需在变压器装配过程中做好装置的紧固和锁紧措施，但由于操作疏忽或安装工艺不合理，金属紧固件松动或脱落引起放电。

2.金属异物

相较于金属性杂质，金属异物体积较大。所谓金属异物主要是检修和制造过程中的残留物，或变压器生运行过程中的生成物，如，冷却油管路内部的焊渣等。金属异物对绝缘的危害主要包括绝缘击穿和局部放电等。局部放电试验可在一定程度上有效判断金属异物，因此，变压器出厂前或检修后都需要进行局部放电试验，进而将此类故障发生率将至最低。

3. 杂质

水分、气体、固体杂质等均属于变压器内部杂质，本研究主要分析变压器与固体杂质之间关系。固体杂质（又称“异物”）分为3种，即，导磁性杂质、导电性杂质以及非导电性杂质。在高场电中，杂质容易发生放电现象，为避免器身受到杂质的影响，制造厂应采取以下几种措施，以达到防尘目的：

第一，环境条件的要求，通常，220kv及以上电压等级的产品在空调室内完成，空调室内的降尘量每天不高于15mg/cm2，温度则在16-28℃，相对湿度则不高于60%;

第二，进入室内应穿专用的工作服和洁净鞋，确保所使用工具的规范性;

第三，铁心、绝缘件以及绕组等待组装的部件在放置时应遮盖好，装配前可用吸尘器做好相应的清扫工作。

4.绝缘受潮

正常运行的变压器，油和纸中的含水量是较低的，也是比较稳定的。变压器绝缘受潮主要由以下因素引起：（1）密封不良。变压器密封部位（如变压器上部的套管法兰及升高座法兰处、套管将军帽、压力释放装置、冷却器法兰、铁心接地套管下部等处）密封不严都会导致雨水侵入变压器。若水分渗漏到绕组上，导致绕组匝间短路，继而引发故障。（2）水冷却器漏水。水冷却器管道升裂和开焊，会使大量水分进入变压器油中，引起绕组烧毁。（3）进油管道内部及套管均压球内部有积水，安装时未清理干净，水分随油淋到器身上，引起绝缘事故。（4）凝结水流入。变压嚣油中的水分蒸发至储油柜内，遇冷凝结。储油柜底部凝结水过多，回流入变压器，引起绕组烧毁。

三、结语

综上所述，采用不同方法有效预防高压变压器绝缘故障，可促进电能输出更加可靠，有力保障电力系统的安全、稳定运行。

参考文献：

[1] 李俭，孙才新，陈伟根，等. 基于灰色聚类分析的充油电力变压器绝缘故障诊断的研究[J]. 电工技术学报，2017，17（4）：80-83.

[2] 卢宁. 电力变压器绝缘故障综合诊断方法刍议[J]. 电力系统装备，2019（4）：120-121.