谈变压器的局部放电

谈变压器的局部放电 (1)

2009-01-21 09:26:10 来源：输配电产品应用变压器及仪器仪表卷总第77期浏览次数：306

介绍了变压器局部放电的基本原理及产生的原因和危害，并提出了降低局部放电产生的措施。

关键字：变压器；局部放电；预防措施

1 前言

对变压器局部放电试验，我国在初期阶段是对220kV级及以上变压器执行。

后来新IEC标准规定，当设备最高工作电压Um≥126kV时，就要做变压器局部放电测量。国家标准也做了相应的规定，对设备最高工作电压Um≥72.5kV，额定容量P≥10000kVA的变压器，如无其他协议，均应进行变压器局部放电测量。

局部放电试验方法按GB1094.3-2003中规定执行，局部放电量标准规定应不大于500pC。但用户经常要求小于等于300pC或小于等于100pC，这种技术协议要求，就是企业的产品技术标准。

我国在大量生产500kV级变压器后，对750kV、1000kV级超高压变压器及超高压换流变压器的生产正在快速发展，并跻身于世界发达国家行列。因此，电力部门对变压器产品局部放电的要求也越来越高，局部放电引起了生产企业的高度重视。为进一步提高变压器的产品质量，笔者对油浸式变压器在生产企业经常出现的局部放电问题进行了探讨，并对降低变压器局部放电量提出了具体措施。

2 局部放电及其原理

局部放电又称游离，也就是静电荷流动的意思。在一定的外施电压作用下，在电场较强的区域，静电荷在绝缘较弱的位置首先发生静电游离，但并不形成绝缘击穿。这种静电荷流动的现象称为局部放电。对于被气体包围的导体附近发生的局部放电，称为电晕。

变压器油内存在着大量的正、负离子和极性分子。因正、负离子的数量相等，故在油中不显电性。由于绝缘纸板对油中的负离子和极性分子有吸附作用，使油中电荷产生了定向移动。

在强油导向冷却系统中，当开动油泵后，在器身内部流速较快的区域，油中的正离子被流动的油带走，使正、负离子产生分离。这样就产生了油带正电，固体绝缘材料带负电，其带有电量相等、符号相反的电荷。

电荷分离之后，可能沿着导电通路向大地泄漏，也可能与异性离子复合成中性分子。这种使电荷减少的过程，电荷松弛，但电荷松弛的速度远远慢于电荷积累的速度。

在相同条件下，油中含水量少，电荷密度会增加；而含水量多，电荷密度则

降低。油的含气量越大，油的绝缘强度越低，越容易产生放电。放电会使油产生分解，其分解生成物将导致油质劣化，使油中的静电带电现象显著，从而危及油的绝缘性能。

对于产品的局部放电，要想满足用户要求，须在产品设计时认真分析绝缘结构的电场分布，留有绝缘裕度，并要适当选择优质的绝缘材料。

由于真空处理不够而残存的气泡及在耐压试验中分解出来的气泡，均会随时间的增加被油吸收而消失。所以，对于感应耐压和冲击耐压试验后的变压器，必须静放一段时间再做局部放电试验，否则，会因耐压后分解出来的气泡造成局部放电的假现象。

在局部放电试验中，当放电量超出标准值时，应找出放电部位，以便进行处理。这样，对改进绝缘结构、提高工艺水平有指导意义。因此，测定局部放电部位是一项重要技术课题。

国内采用超声波方法对变压器局部放电定位的测试技术，已应用于实际中，并取得了良好的效果。

3 产生局部放电的原因和危害

3.1 产生局部放电的原因

(1)变压器内部的金属件、绝缘件要圆整化，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。

(2)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110kV级及以上铁心结构的金属连接件，其接触面不涂漆；夹件上固定木件的小肢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。

(3)绝缘件内部存在着气隙（气泡）。电木筒和层压纸板的各纸层之间，由于真空浸漆或干燥工艺处理不好，就会在内部形成空腔，浸油以后，油往往不能浸入空腔，从而形成气隙；如果油处理不好也会有气泡存在。气泡的介电系数比绝缘材料的介电系数小，故绝缘内部所含气隙承受的电场强度比邻近的绝缘材料高，达到使之击穿的程度，从而使气隙先发生放电；另外，在电场集中的地方，可能使局部绝缘（油或纸）击穿或沿固体绝缘表面放电。

(4)变压器内不能有灰尘、杂物、特别是金属粉尘和纸末纤维等，这些微小颗粒通过油附着在绝缘纸表面和油中的一些金属极性杂质颗粒，在电场中有可能极化并沿电场方向排列，形成导电小桥，若场强较高，超过极限时则在介质上产生局部放电。

(5)变压器内器身干燥后，绝缘纸中的含水量＜0.5％，一般大型变压器中的绝缘纸板约在5t以上；变压器油的水分：220kV≤15mg/kg，330～500kV≤10mg/kg。而单台大型变压器的用油量大约在25～100t左右范围。这些情况说明变压器内存在水分，水是极性分子，高电强对它有很强的吸引力，有的情况，当绝缘中的含水量向高电场区集结到一定程度时，便发生局部放电。

3.2 局部放电的危害

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。在变压器内部绝缘结构中，引线的布置及端部绝缘电场分布不均匀的薄弱部位，由于场强集中或各种原因造成的场强畸变，使在高场强作用下发生局部放电，其放电质点对绝缘的直接轰击造成局部绝缘破坏。同时放电产生的热和活性气体，有的使局部绝缘腐蚀、电导增加，导致了绝缘性能下降，在严重的长期局放作用下，有时会造成绝缘击穿。通常，变压器在运行中的事故，多是从局部放电的发生开始的，它的危害主要是绝缘寿命降低和影响安全生产。

本文对局放的危害性仅列举以下情况，悬浮电位的危害性与发生放电的部位有关，严重情况，其放电量可能有几万pC以上。例如：高电压大型变压器内部的地屏，在加工制造上焊点不牢固存在隐患，若运输和运行中受力的作用，使地屏中的紫铜带与接地片的焊点断裂，引起紫铜带电位悬浮，其局部放电量会非常大，后果是变压器解体返修。

产生局部放电的形式不同，其影响程度差异较大。其中一种是场强较高，局部放电通常发生在绝缘纸板的表面，放电波形如图1所示。这种放电的特点是在放电的同时伴随有劈啪劈啪的声响。但纸板表面的局部放电不大危险，也就是说，击穿时间远远长于尖角放电。

图1 表面放电

还有一种放电强度较高，发生在尖角电极边缘上，集中在少数几点的局部放电，这种局部放电属于腐蚀性放电，放电波形如图2所示。由于这种放电能深入到绝缘纸板的层间和深处，迟早要导致击穿。