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            技術解析 | 干式變壓器局部放電的原因和控制措施

            作者:網站管理員 來源: 日期:2022-2-28 10:24:47 人氣:2
            一、產生局部放電的原因 


                   
            由于變壓器中的絕緣體、金屬體等常會帶有一些尖角、毛刺,致使電荷在電場強度的作用下,會集中于尖角或毛刺的位置上,從而導致變壓器局部放電因為在高電場強度作用下,電荷容量集中到尖角的地方,從而引起放電。
                   
            環氧樹脂澆注絕緣干式變壓器在真空澆注時,如工藝控制不好也會造成內部有氣泡而產生局部放電,環氧樹脂絕緣體中一般情況下都存在一些微小空氣間隙,通常氣泡的介電系數要比絕緣體低很多,從而導致了絕緣體中氣泡所承受的電場強度要遠遠高于和其相鄰的絕緣材料,很容易達到被擊穿的程度,使氣泡先發生放電。
                   
            如果導電體相互之間電氣連接不良也容易產生放電情況,該種情況在金屬懸浮電位中最為嚴重。
                   
            空氣濕度太大,變身部分區域絕緣強度不夠,或安裝時變壓器絕緣有損壞;變壓器閑置時間太長,絕緣材料含水量超標,器身整體受潮,也會影響局放量。
                   
            干式變壓器絕緣結構在設計時層間或匝的場強過高,如絕緣結構設計不合理等; 選擇絕緣材料質量問題如果不是符合要求的偽質材料;繞線和烘燥及澆注工藝水平不到位;裝配工藝水平裝配得不好,如高低壓引線的制作有毛刺或距離等都會影響局放量增大。   
                   
            二、局部放電的危害 
                   
            局部分那個點有多種放電類型。其中一種是發生在絕緣表面的局部放電形式。若能量較大,在絕緣體表面留下放電痕跡時,則影響試驗變壓器的壽命。還有一種是放電強度較高,發生在氣穴或尖角電極上,集中在少數幾點的局部放電形式為腐蝕性放電。此放電能深入到絕緣紙板的層間和深處,最終導致擊穿。 
                   
            局部放電是引起絕緣老化并導致擊穿的主要原因。短時間的放電不會造成整個通道的介質受損,而且放電的電解作用使絕緣加速氧化,并腐蝕絕緣,從而降低了試驗變壓器的壽命。其損壞程度,取決于放電性能和放電作用下絕緣的破壞機理。如干式變壓器局放量嚴重超標其使用壽命一般在3~5年內出現內部絕緣老化而擊穿燒毀。所有我國對干式變壓器局部放電量要嚴格要求控制。 
                   
            三、干式變壓器局放的控制
                   
            干式變壓器主絕緣材料是以環氧樹脂材料,安全性可靠,在35kV以下的電力系統中產品得到廣泛的采用。影響干式變壓器局部放電的因素很多,其中主要的幾點因素有產品原材料的選擇、產品結構設計、繞組澆注工藝等。針對我們公司通過長期的設計調整、工藝改進、材料選擇以及生產的實踐提出以下控制措施。
                   
            1、繞組結構設計
                  
            ①主絕緣距離,在對變壓器繞組進行設計時,應確保和考慮到高低壓線圈間、高壓線圈相間之間、高壓線圈對地擁有足夠的絕緣距離,在條件允許的情況下,絕緣距離越大越好,距離越大場強越小。還有高壓線圈內壁絕緣可適當增加可有效地降低外部場強。
                  
            ②高壓線圈層間及段間設計,高壓線圈層間和段間是控制整個線圈場強,若是高壓繞組采用分段式銅箔繞制,層間電壓就等于匝間電壓,一般僅為10~20伏、而分段式電磁線結構的線圈層間電壓可達400~800伏,段數盡量多一點,如35kV的干式變壓器段數可取16~18段以上,當然這給繞線工藝帶來很煩鎖。
                  
            ③屏蔽控制,采用有效的高低基礎教育 屏蔽,可以使尖角、毛刺及氣隙均包在屏蔽層內,能有效地排除尖端和氣隙放電,減少局放量,高壓屏蔽與高壓出線端之間、低壓屏蔽與夾件之間應可靠連接,屏蔽處理過程中應注意清潔、屏蔽層應平整無破損無尖端等。
                   
            2、線圈的繞制、裝模及真空澆注工藝控制
                   
            干式變壓器的線圈是最關鍵的,變壓器使用好壞都線圈先發生故障。真空澆注的好壞對局放的影響也至關重要,哪怕是微小的氣孔都影響到變壓器的局放,因此線圈的制作和澆注的工藝必須嚴格控制。
                  
            ①在繞制線圈時必須熟悉圖紙和工藝,不能隨意更改層間的匝數和層間的絕緣張數!繞制時必須保證所的材料清潔。
                  
            ②裝模引線端子焊接時,注意高溫破壞線圈的絕緣,焊接好的線必須打磨尖角毛刺等。所有引線之間保證有足夠的絕緣距離讓環氧樹脂填充,整個裝配過程保持清潔。裝好的帶模線圈嚴格按干燥工藝執行烘燥。
                  
            ③環氧樹脂配料與脫氣,配料過程中應嚴格遵守工藝守則,如材料的配比、溫度及脫氣的時間,整個過程度中應密切跟蹤各自的粘度、真空度、溫度及氣泡現象,混料灌的溫度及真空度時時觀察,線圈(模具)溫度控制在指定的工藝范圍內,在澆注過程中速度不宜過快而產生氣泡,動態澆注時應注意配料后到澆注完成的時間,防止樹脂粘度過大。
                   
            3、原材料的選擇與控制
                  
            ①電磁線的選擇,可選用漆包線絕緣扁銅或圓銅線設計繞制;電磁線要求供應商在生產時,必須有專門去毛刺設備和檢測裝置,力求將毛刺減少到最小程度。
                  
            ②環氧樹脂材料的選擇,不同的環氧樹脂,其特性也各有不同,對產品的局放、綜合性能的影響也很大,應選擇粘度小,韌性好、絕緣強度高的樹脂,什對不同的樹脂型號,技術部門要制定相應工藝規范。
                  
            ③線圈中的絕緣材料控制,干式變壓器 的層間絕緣材料質量的優劣直接關系到局放量的大小。所以應選擇長期穩定的供應商提供原材料,因為在換新材料后,變壓器在短期內發現不了什么問題。
                   
            四、干式變壓器局放試驗
                   
            1、局部放電的波形分析
                   
            檢測阻抗Zm上的電壓(即檢測信號)是相當小的,必須經過放大才能使儀器上有明顯的指示。經放大器放大后的脈沖信號的峰值可由示波器測量,除此之外,示波器上還可以看出放電發生在工頻的什么相位,測定脈沖波形和放電次數,觀察整個局部放電的特征。以確定放電的大致部位和性質。示波器可用水平掃描和橢圓掃描。水平掃描時全屏偏轉相當于一個周期,并與試驗電壓同步,以確定脈沖的相位。橢圓掃描也是每掃一周相當于試驗電壓一個周期。圖1-為兩種掃描時屏上波形的示意圖。
            001.png
              在局部放電試驗時,除絕緣內部可能產生局部放電外,引線的聯接,電接觸以及日光燈,高壓電極的電暈等,也可能會影響局部放電的波形。為此,要區別絕緣內部的局部放電與其他干擾的波形,圖1-2就是幾種典型的波形。
             002.jpg
            2、局部放電的圖譜識別
            圖1-3為不同類型的局部放電示波圖,示波圖是在接近起始電壓時得到的。
            其中圖(a)、(b)、(c)、(d)為局部放電的基本圖譜,(e)、(f)、(g)為干擾波的基本圖譜。
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            (a)中,絕緣結構中僅有一個與電場方向垂直的氣隙,放電脈沖疊加于正與負峰之間的位置,對稱的兩邊脈沖幅值及頻率基本相等。但有時上下幅值的不對稱度 3:1仍屬正常。放電量與試驗電壓的關系是起始放電后,放電量增至某一水平時,隨試驗電壓上升放電量保持不變。熄滅電壓基本相等或略低于起始電壓。
            (b)中,絕緣結構內含有各種不同尺寸的氣隙,多屬澆注絕緣結構。放電脈沖疊加于正及負峰之前的位置,對稱的兩邊脈沖幅值及頻率基本相等,但有時上下幅值 的不對稱度3:1仍屬正常。放電剛開始時,放電脈沖尚能分辨,隨后電壓上升,某些放電脈沖向試驗電壓的零位方向移動,同時會出現幅值較大的脈沖,脈沖分辨 率逐漸下降,直至不能分辨。起始放電后,放電量隨電壓上升而穩定增長,熄滅電壓基本相等或低于起始電壓。
            (c)中,絕緣結構中僅含有一個氣隙位于電極的表面與介質內部氣隙的放電響應不同。放電脈沖疊加于電壓的正及負峰值之前,兩邊的幅值不盡對稱,幅值大的頻率低,幅值小的頻率高。兩幅值之比通常大于3:1,有時達10:1。總的放電響應能分辨出。放電一旦起始,放電量基本不變,與電壓上升無關。熄滅電壓等于或略低于起始電壓。
            (d)中,(1 )一簇不同尺寸的氣隙位于電極的表面,但屬封閉型;(2 )電極與絕緣介質的表面放電氣隙不是封閉的。放電脈沖疊加于電壓的止及負峰值之前兩邊幅值比通常為3:1,有時達10:1。隨電壓上升,部份脈沖向零位方 向移動.放電起始后,脈沖分辨率尚可;繼續升壓,分辨率下降直至不能分辨。放電起始后放電皇隨電壓的上升逐漸增大,熄滅電壓等于或略低于起始電壓。如電壓 持續時間在10 min以后,放電響應會有些變化。
            (e)干擾源為針尖對平板或大地的液體介質。較低電壓下產生電暈放電,放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。如位于負峰值處.放電源處于高電位;如位于正峰處 放電源處于低電位。這可幫助判斷電壓的零位,一對脈沖對稱的出現在電壓正或負峰處、每一簇的放電脈沖時間間隔均各自相等。但兩簇的幅值及時間間隔不等,幅 值較小的一簇幅值相等、較密。一簇較大的脈沖起始電壓較低,放電量隨電壓上升增加;一簇較小的脈沖起始電壓較高,放電量與電壓無關,保持不變;電壓上升,脈沖頻率密度增加,但尚能分辨;電壓再升高,逐漸變得不可分辨。
            (f)針尖對平板或大地的氣體介質。較低電壓下產生電暈放電,放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。如位于負峰處,放電源處于高電位;如位于正峰處,放電源處 于低電位。這可幫助判斷電壓的零位。起始放電后電壓上升,放電量保持不變,惟脈沖密度向兩邊擴散、放電頻率增加,但尚能分辨;電壓再升高,放電脈沖頻率增 至逐漸不可分辨。
            (g)懸浮電位放電。在電場中兩懸浮金屬物體間,或金屬物與大地間產生的放電。

            波形有兩種情況:
            1 正負兩邊脈沖等幅、等間隔及頻率相同;
            2 兩邊脈沖成對出現,對與對間隔相同,有時會在基線往復移動。

            起始放電后有3種類型:
            (1)放電量保持不變,與電壓無關,熄滅電壓與起始電壓完全相等。
            (2)電壓繼續上升,在某一電壓下,放電突然消失。電壓繼續上升后再下降,會在前一消失電壓下再次出現放電。
            (3)隨電壓上升,放電量逐漸減小,放電脈沖隨之增加。


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