變壓器局放培訓

第一節 變壓器局放的基礎知識
1、概述
根據國家標準規定，110kV及以上大型電力變壓器要做局部放電試驗,現在合同要求變壓器高中壓局放量小于100PC。
局部放電對絕緣的影響，一是放電質點對絕緣的直接轟擊造成局部絕緣破壞，逐步發展使絕緣擊穿;二是絕緣內部的局部放電雖然不形成貫穿性通道，但放電產生的熱，使介質出現局部的溫度升高，甚至碳化。由于放電的電解作用，會產生臭氧、一氧化氮等一些活性氣體，使局部絕緣受到腐蝕，逐漸造成絕緣的損傷，最后導致熱擊穿。通常，電氣絕緣的破壞或局部老化，多是從局部放電開始的，所以，局部放電的危害性是使變壓器絕緣壽命降低，影響變壓器的安全運行。
2、什么是局部放電
對于變壓器絕緣結構中，可能存在著一些絕緣弱點，它在一定的外施電壓作用下會首先發生放電，但并不隨即形成整個絕緣貫穿性擊穿。這種只限于絕緣局部位置(弱點)處的放電就叫局部放電。
局部放電試驗的目的就是考核變壓器在長期工作電壓作用下，其產品絕緣能否長期安全運行的性能，發現變壓器結構和制造工藝的缺陷。如：
(1)絕緣結構中局部電場強度過高，可能是局部絕緣(如油隙或固體絕緣)擊穿或沿固體絕緣表面放電。
(2)絕緣混入雜質或局部帶有缺陷;如絕緣紙筒、層壓紙板、層壓木板等，由于熱壓干燥工藝處理不好，就會在其內部形成空腔，當浸油以后，變壓器油往往不能浸入此空腔，從而形成了氣穴。如果浸入的變壓器油處理不好時，油中會有氣泡存在，同時存在著水分和雜質，在電場的作用下，雜質會形成“小橋“，泄漏電流的通過會使該處發熱嚴重，促使水分汽化，形成氣泡;同時也會使該處的油發生分解產生氣體。絕緣內部存在的這些氣穴(氣泡)，其介電常數比絕緣材料的介電常數要小，所以氣穴上承受的電場強度比鄰近的絕緣材料上的電場強度要高。氣體(特別是空氣)的絕緣強度卻比絕緣材料低。這樣，當外施電壓達到一定數值時，絕緣內所含氣穴上的場強就會先達到使之擊穿的程度，從而氣穴先發生放電。
(3)金屬部件有尖角;尖端放電。
(4)產品內部金屬接地部件之間、導電體之間電氣聯接不良等，以便消除這些缺陷，防止局部放電對絕緣造成破壞。
3、局部放電產生的關鍵因素
產生局部放電的環節，一般是在電場集中和絕緣薄弱的部位。影響局部放電的因素很多，綜合起來主要有三點：
(1) 絕緣材料的材質;
(2) 產品設計的絕緣結構;(沒有多大問題)
(3) 生產加工制造工藝精細化程度。
從試驗角度分析產生局部放電的原因和部位，引起局部放電的關鍵因素有五個方面：
(1)導電體和非導電體的尖角毛刺;
(2)固體絕緣的空穴和縫隙中的空穴及油中的微量氣泡;
(3)在高電場下產生懸浮電位的金屬物;
(4)絕緣體表面的灰塵、臟污和異物。
(5)絕緣干燥處理不好及表面受潮。
上述關鍵因素應從設計、工藝、操作及管理等方面采取措施，嚴格控制。
第二節 器身絕緣中與局放有關的知識
我廠變壓器常用的絕緣材料有：變壓器油、紙板、成型件以及油紙復合絕緣。油浸式變壓器絕緣結構中所用的主要絕緣材料是變壓器油和絕緣紙，即油紙絕緣結構。變壓器油與絕緣紙相結合具有很高的耐電強度。比兩者分開單獨的油和紙任何一種材料都高的多，能產生1+1>2的效果。
在浸油良好的條件下，消除雜質程度決定了實際油紙絕緣可能達到的電氣強度，因此實際生產過程的控制具有重要意義。油紙絕緣的缺點是兩者均易被污染，含百分之幾的雜質影響就很嚴重，因此，在工藝過程中，盡可能的獲得較純凈的油和紙，并據此選擇合適的工作場強，保證變壓器絕緣結構可靠性。(強調凈化，結合6S工作的開展)
變壓器生產應在全封閉結構的凈化車間中進行，通風設備安裝空氣過濾裝置;采用煤油汽相干躁設備，該設備投用后可使變壓器器身的清潔度更高，干燥更徹底。基本做到：不把異物帶進器身;生產過程中不產生異物;運行中不出現新的異物。在插鐵時注意控制鐵軛處硅鋼片摩擦散落的金屬微粒，確保器身的清潔度。
除非紙完全被油浸透，則紙中會有空氣或其他氣體的空隙。這無疑將使紙的耐電強度降低，此時空隙上所承擔的電壓又比紙上高的多，空隙擊穿并不意味著絕緣的損壞，這部分放電會產生局放的出現，會逐步腐蝕絕緣，最終可導致絕緣損壞，因此變壓器的浸油與靜放時間必須嚴格按照工藝文件的要求。
防局放問題中幾個需要特別關注的問題：
1、楔形油隙的放電問題。舉例：壓板開裂、墊板開裂、端圈墊塊開裂、引線夾木、段間和匝間的小油隙、線匝與墊塊的接觸處、開裂，極易產生局放。楔形油隙的擊穿強度降低，是絕緣弱點，在較高的電場作用下會首先發生局放。
2、局部放電具體發生的典型部位。在變壓器絕緣結構中按首先出現局放的絕緣介質，可分為氣泡性及油中放電;而局部放電具體發生的典型部位又可分為：固體介質空穴處、電極尖角處、油隔板絕緣中的油隙、油楔以及油中沿固體介質表面處，其中以電極與固體介質接觸的介質表面處為甚。
3、關于電位與場強。局部放電起始放電電壓決定于放電部位的局部場強，因此絕緣結構應按場強的概念來確定。在變壓器中可能在各種不同部位上出現較高場強而導致局放，這些部位大多在某些油隙、油楔、空氣隙，有懸浮電位的金屬導體、導體尖角和固體表面上。而較高場強的部位不一定都出現于高電位。低電位或地電位也可能出現較高的場強。即變壓器內不但在高電位上可出現局放，在低電位甚至地電位上也可能出現局放。例如地屏的有效可靠接地。例如夾件上的結構件如果倒角不好，與引線之間場強較高，這時候就在夾件上而不是引線上出現局放。
4、壓板、墊板等結構件中的反局放設計。(1)倒角(2)小浸油孔(3)小的槽(4)大張紙板(5)保證壓力(6)膠的使用，涂抹均勻，防止氣泡。
5、關于靜電板端部。對靜電板端部絕緣的處理要十分細致。該處是場強最高的地方，處理不好，極易發生局放。要求嚴格按圖紙，對齊，不傷靜電環，保持高度凈化。
6、對角環的處理。可以普遍地認為，凡是有角環的部位，均認為是絕緣結構中關鍵的部位，要特別慎重對待。角環的作用一是分割油隙(大油隙變為小油隙，提高耐電強度)，二是增加爬距(降低爬電場強)。角環放置力求位置準確、保證厚度、服帖到位、不出現鴨脖子現象。設計時要留出壓服余量。
7、關于地屏。地屏是高壓電力變壓器中關鍵的零件之一。起到了改善電極形狀的作用。我廠220及以上的變壓器普遍使用，必不可少。其機理如下：
空心導體如果腔內沒有凈電荷，在外電場達到靜電平衡狀態時，剩余電荷只能分布在外表面，導體內和空腔內任何一點處的場強都為零。因此，如果把任一物體放入空心導體的空腔內，該物體就不受任何外電場的影響。
導體鐵心放在金屬殼地屏內，由于靜電感應，在地屏的內外表面將出現等量異性感應電荷，地屏的外表面的電荷所產生的電場就會對外界產生影響。
為了消除影響，可把地屏接地，則外表面的感應電荷因接地而被中和，相應的電場隨之消失。由此可見，對于接地的地屏，外界的電場既不會影響地屏內的鐵心，鐵心也不會影響外界的電場。
上述的理論同樣適用于焊接頭、線圈出頭等的屏蔽，在電力變壓器中被廣泛運用。
第三節 器身絕緣中的其它簡單知識
變壓器器身絕緣是主絕緣，是線圈到接地部分鐵心和油箱的絕緣(主要是端部絕緣)，線圈到其他線圈的絕緣(主要是同相線圈間主絕緣)。
變壓器的器身絕緣是由一系列的絕緣件組成的，而絕緣件是由特定的絕緣材料構成的。絕緣材料的壽命決定了變壓器的壽命，同樣的絕緣結構在很大程度上依賴絕緣材料的性能，因此了解絕緣材料對進一步理解絕緣結構具有重要的意義。
針對一定電壓等級變壓器的絕緣需要,在變壓器器身絕緣上分別采取了一定絕緣措施。主要是下述兩部分。
1、線圈間主絕緣
線圈間主絕緣是油—隔板絕緣，隔板為絕緣紙筒。根據材料的絕緣性質可以決定線圈間主絕緣的電氣強度，其中最主要的是緊靠線圈表面油隙中的電氣強度。變壓器一般采用薄紙筒小油隙結構。
薄紙筒小油隙的電氣強度：線圈間主絕緣距離中紙筒≤4mm，油隙≤15mm時稱薄紙筒小油隙結構。
2、端部絕緣的電氣強度
端部絕緣是指線圈端部至鐵軛和相鄰線圈端部的絕緣。端部電場分布復雜，最大場強在高壓線圈端部內側油隙中。如果端部線段導線圓弧大或有附加絕緣，或加靜電環，可以使最大場強減弱。如果又增加絕緣隔板、角環，則又使爬電距離增大。
目前，我國生產的油浸式變壓器的絕緣結構，主要是采用油一隔板絕緣結構型式。下面對油一隔板結構的基本規律及其特點進行概要的分析。
油浸耐電強度的效體積效應。就是在均勻電場和稍不均勻電場中，變壓器油的耐電強度隨受電壓作用的油隙體積的減小而提高，即變壓器油具有“體積效應”。在變壓器絕緣結構中，是采用普通絕緣紙板或瓦楞紙板將油隙分隔成若干小油間隔(體積)瓦楞紙板的高度正好是油一隔板主絕緣結構的油隙寬度。
在高壓變壓器絕緣結構中，隔板的數目隨電壓等級的提高而增多。但是油隙也不能過小，因為油流若受阻，散熱困難，故選取油隙尺寸應適當，在變壓器絕緣結構中的軸向油道，一般不宜小于6mm。