浅谈降低变压器局部放电的措施

随着用户对变压器运行可靠性要求的提高, 对变压器绝缘性能的要求也越来越高。由于对变压器做局部放电试验不需施加有可能造成绝缘击穿的工频试验电压, 仅是在1.3或1.5倍额定工作电压下进行测试, 即不会影响变压器的绝缘性能, 又能考核变压器在长期工作电压下的可靠性, 因此局部放电试验已成为变压器一项重要的检测项目。早期时候, 我国只对220k VA及以上的变压器做该项目试验, 随着IEC标准的改动, 现在国家标准规定66k V及以上、变压器容量大于10MVA的都要做局部放电试验。对于220k V变压器, 国标GB1094.3-2003中规定, 局部放电量应不大于500p C。但是用户在招标中经常要求小于等于300p C或小于等于100p C, 为了适应市场的这种要求, 各变压器厂家想尽办法采取不同的措施来降低局部放电量, 从而提高变压器的整体制造质量, 增强企业的市场竞争力。笔者根据十年的变压器设计和生产实践经验, 对220k V油浸式变压器在生产过程中经常出现的局部放电问题进行了分析和总结, 提出了几种降低变压器局部放电量的措施。

1 局部放电产生的原因

对于变压器的绝缘结构, 内部存在气泡 (气隙) 、油隙和绝缘弱点是不可避免的。油浸式变压器在其制造过程中, 由于浸漆、干燥和真空处理不彻底, 在产品所用的电木筒内、绝缘纸板内、绝缘纸层间等就不可避免地形成一些空腔。当绝缘油不能完全浸入空腔时, 空腔内就会存在一些气泡 (气隙) 。如果绝缘油本身质量有问题或绝缘油处理不好等, 那么注入变压器中的绝缘油内部也会存在一些气泡。由于气体的介电系数比油、纸等绝缘材料的介电系数小, 所以, 气隙上承受的电场强度比油、纸绝缘电场强度高。当外施电压达到某一定值时, 这些气隙就会首先发生局部放电。另外, 油纸绝缘内的油膜, 油隔板绝缘结构中的油隙, 特别是“楔形”油隙, 金属部位、导线等处的尖角、毛刺, 异物和粉尘引起电场集中、场强过高的局部区域等也都容易产生局部放电。

2 局部放电的形式和危害

局部放电有多种放电形式, 在电场中常见的局部放电就有:气泡放电、悬浮电位放电、绝缘表面和夹层放电及尖角放电等, 各种局部放电对绝缘都有一定的破坏作用。一般破坏情况有两种, 一种是由于放电点对绝缘的直接轰击, 造成局部绝缘的损坏, 并逐步扩大, 直至使整个绝缘放电击穿;另一种是由于局部放电产生的热、臭氧和氧化氮等活性气体的电化学作用, 造成局部绝缘受到腐蚀, 电导增加, 最后导致绝缘热击穿。

3 降低局部放电的措施

3.1 合理设计消除电场集中

设计时充分考虑局部放电产生的原因和位置, 采用合理的结构消除电场过于集中的部位, 包括线圈本体、高低引线装配、分接开关、套管及其连接, 尤其是铁心和夹件、油箱、磁屏蔽等一切“地电位”部位。

3.2 变压器真空浸油和注油

由于变压器所使用纸板的纤维间有很多空隙, 具有很强的吸水性、吸油性、透气性, 特别是经过干燥的纸板透气性更好, 必须抽真空, 除去纸板纤维间的空气然后浸油, 使油将纸板纤维间的空隙填满。纸板的纤维在油中起屏障作用, 来提高电气强度。同时由于进入油箱的空气溶解量和压力成正比, 所以真空浸油和注油还必须维持高的真空度, 才能达到油箱内基本无气泡存在, 避免发生气泡放电。

3.3 变压器制造过程的防尘控制

试验结果表明, 很小的金属颗粒, 在电场的作用下会产生很大的放电量。而且, 无论是金属的或非金属的粉尘, 都会产生电场集中, 使绝缘的起始放电电压降低, 击穿电压降低。所以, 在变压器整个制造过程中, 都要进行防尘控制。根据实际生产情况, 可对变压器生产过程进行分级防尘控制。线圈绕制、绝缘件加工、铁心叠装、器身装配、引线装配和器身整理时, 绝不许异物和粉尘进入, 要实施一级防尘管理。油箱制造和总装配可实施二级防尘管理。

3.4 减小铁心片的剪切毛刺

变压器铁心片通过纵剪、横剪后, 在切口处都存在不同程度的毛刺。毛刺不但能增加叠厚, 减少实际片数, 增加磁密。而且毛刺能引起片间短路, 增大空载损耗。更为严重的是毛刺在插轭和变压器运行时有可能掉在器身上, 发生悬浮电位放电。因此, 铁心片的毛刺越小越好。

3.5 集中加工绝缘件

绝缘件最怕金属粉尘, 有些单位的绝缘件和钢铁件在同一车间加工, 甚至在同一机床加工, 这样绝缘件就很容易粘上金属粉尘。而且绝缘件一旦粘上金属粉尘, 要想清除干净是不可能的。因此, 绝缘件应集中在一个独立的车间内加工, 避免粘上金属粉尘进而发生放电。

3.6 降低引线周围的电场强度

综合考虑经济性和施工合理性, 可适当增加引线每边绝缘厚度、加大引线的绝缘距离或加大引线的直径, 来降低引线周围的电场强度, 从而减少引线部位的局部放电量。

3.7 延长变压器静放时间

在变压器生产工期允许的条件下, 可适当延长变压器的静放时间, 使绝缘压板和引线绝缘包扎厚的部位充分浸油, 消除变压器内部的气泡, 避免气泡发生局部放电影响变压器整体局部放电试验的真实性。

3.8 零部件的圆整化

变压器内部的所有零部件如油箱内壁开口处、升高座内壁、夹件、木件等应尽量都圆整化, 不能有任何尖角和毛刺。因为在高电场强度作用下, 电荷容易集中到尖角的地方, 从而引起放电。

3.9 禁止有悬浮电位的金属物

金属接地部件之间、导电体之间电气连接不良, 也会产生放电。尤其金属悬浮, 情况更为严重。如110k V级及以上铁心结构的金属连接件, 其接触面不涂漆;夹件上固定木件的角板与螺栓连接处不涂漆, 以保证金属连接件的紧密接触;地屏上的铜皮与接地片必须焊牢, 以避免接触不良或悬浮等。

4 结语

局部放电是一个复杂的问题。它涉及到设计和制造以及制造产品所用的材料品质等多个方面。不能单一的考虑某个方面, 而要综合考虑各种降低局部放电的措施, 结合本企业的生产工艺流程, 扬长避短, 多种方法并用, 最大程度的减小局部放电量, 满足用户对变压器的性能要求, 增强企业在市场中的竞争力和生存力。

摘要：由于用户对变压器稳定运行的要求越来越高, 随之对变压器局部放电量的要求越来越小, 所以降低局部放电量是所有变压器生产厂家共同追求的目标。本文介绍了几种降低局部放电量的措施, 用以提高产品性能, 增强企业在市场的竞争力。

关键词：变压器,降低,局部放电,措施