淺談變壓器局部放電故障

摘要 本文闡述了放電故障對變壓器絕緣的影響，分別介紹了放電故障的類型與特征，提出了在線監(jiān)測變壓器局部放電技術(shù)。

關(guān)鍵詞 變壓器 局部放電故障 在線監(jiān)測

隨著變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展，人們越來越認(rèn)識到，局部放電是變壓器諸多有機(jī)絕緣材料故障和事故的根源，因此，更需要認(rèn)真分析，具體對待變壓器局部放電故障。

1 放電故障對變壓器絕緣的影響

放電對絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質(zhì)點(diǎn)直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴(kuò)大，使絕緣擊穿。另一種是放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學(xué)作用，使局部絕緣受到腐蝕，介質(zhì)損耗增大，最后導(dǎo)致熱擊穿。

1.1固體絕緣的電老化

固體絕緣的電老化的形成和發(fā)展是樹枝狀，在電場集中處產(chǎn)生放電，引發(fā)樹枝狀放電痕跡，并逐步發(fā)展導(dǎo)致絕緣擊穿。

1.2液體浸漬絕緣的電老化

局部放電一般先發(fā)生在固體或油內(nèi)的小氣泡中，而放電過程又使油分解產(chǎn)生氣體并被油部分吸收，如產(chǎn)氣速率高，氣泡將擴(kuò)大、增多，使放電增強(qiáng)，同時放電產(chǎn)生的X-蠟沉積在固體絕緣上使散熱困難、放電增強(qiáng)、出現(xiàn)過熱，促使固體絕緣損壞。

1.3絕緣材料電老化是放電故障的主要形式

1.3.1放電過程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分生成硝酸化學(xué)反應(yīng)腐蝕絕緣體，導(dǎo)致絕緣性能劣化。

1.3.2放電過程的高能輻射，使絕緣材料變脆。

1.3.3放電時產(chǎn)生的高壓氣體引起絕緣體開裂，并形成新的放電點(diǎn)。

1.3.4局部放電引起絕緣材料中化學(xué)鍵的分離、裂解和分子結(jié)構(gòu)的破壞。

1.3.5放電點(diǎn)熱效應(yīng)引起絕緣的熱裂解或促進(jìn)氧化裂解，增大了介質(zhì)的電導(dǎo)和損耗產(chǎn)生惡性循環(huán)，加速老化過程。

2 放電故障的類型與特征

2.1變壓器局部放電故障

局部放電剛開始時是一種低能量的放電，變壓器內(nèi)部出現(xiàn)這種放電時，情況比較復(fù)雜，局部放電的能量密度雖不大，但若進(jìn)一步發(fā)展將會形成放電的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致設(shè)備的擊穿或損壞，而引起嚴(yán)重的事故。

2.1.1放電產(chǎn)生氣體的特征

放電產(chǎn)生的氣體，由于放電能量不同而有所不同。如放電能量密度在10-9C以下時，一般總烴不高，主要成分是氫氣，其次是甲烷，氫氣占?xì)錈N總量的日80％－90％；當(dāng)放電能量密度為10#8209；8～10#8209；7C時，則氫氣相應(yīng)降低，而出現(xiàn)乙炔，但乙炔這時在總烴中所占的比例常不到2％，這是局部放電區(qū)別于其他放電現(xiàn)象的主要標(biāo)志。

2.1.2測量局部放電的方法

(1)電測法。利用示波器、局部放電儀或無線電干擾儀，查找放電的波形或無線電干擾程度。

(2)超聲測法。利用檢測放電中出現(xiàn)的超聲波，并將聲波變換為電信號，錄在磁帶上進(jìn)行分析。

(3)化學(xué)測法。檢測溶解油內(nèi)各種氣體的含量及增減變化規(guī)律。此法在運(yùn)行監(jiān)測上十分適用，簡稱“色譜分析”。

2.1.3局部放電的原因

(1)當(dāng)油中存在氣泡或固體絕緣材料中存在空穴或空腔，由于氣體的介電常數(shù)小，在交流電壓下所承受的場強(qiáng)高，但其耐壓強(qiáng)度卻低于油和紙絕緣材料，在氣隙中容易首先引起放電。

(2)外界環(huán)境條件的影響。如油處理不徹底下降使油中析出氣泡等，都會引起放電。

(3)由于制造質(zhì)量不良，如某些部位有尖角高而出現(xiàn)放電。

(4)金屬部件或?qū)щ婓w之間接觸不良而引起的放電。

2.2變壓器火花放電故障

發(fā)生火花放電時放電能量密度大于10-6C的數(shù)量級。

2.2.1懸浮電位引起火花放電

懸浮放電可能發(fā)生于變壓器內(nèi)處于高電位的金屬部件，如調(diào)壓繞組，當(dāng)有載分接開關(guān)轉(zhuǎn)換極性時的短暫電位懸??；套管均壓球和無載分接開關(guān)撥釵等電位懸浮。處于地電位的部件，如硅鋼片磁屏蔽和各種緊固用金屬螺栓等，與地的連接松動脫落，導(dǎo)致懸浮電位放電。變壓器高壓套管端部接觸不良，也會形成懸浮電位而引起火花放電。

2.2.2油中雜質(zhì)引起火花放電

變壓器發(fā)生火花放電故障的主要原因是油中雜質(zhì)的影響。雜質(zhì)由水分、纖維質(zhì)等構(gòu)成。因為纖維的介電常數(shù)大，使纖維端部油中的電場加強(qiáng)，于是放電首先從這部分油中開始發(fā)生和發(fā)展，油在高場強(qiáng)下游離而分解出氣體，使氣泡增大，游離又增強(qiáng)。而后逐漸發(fā)展，使整個油間隙在氣體通道中發(fā)生火花放電，所以，火花放電可能在較低的電壓下發(fā)生。

2.2.3火花放電的影響

一般來說，火花放電不致很快引起絕緣擊穿，主要反映在油色普分析異常、局部放電量增加或輕瓦斯動作，比較容易被發(fā)現(xiàn)和處理，但對其發(fā)展程度應(yīng)引起足夠的認(rèn)識和注意。

2.3變壓器電弧放電故障

電弧放電是高能量放電，常以繞組匝層間絕緣擊穿為多見，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛弧等故障。

2.3.1電弧放電的氣體特征

出現(xiàn)電弧放電故障后，氣體繼電器中的H₂和c₂H₂等組分常高達(dá)幾千UL／L，變壓器油亦炭化而變黑。油中特征氣體的主要成分是H₂和c₂H₂，其次c₂H₆和CH₄。當(dāng)放電故障涉及到固體絕緣時，除了上述氣體外，還會產(chǎn)生CO和CO₂。

2.3.2電弧放電的影響

電弧放電故障由于放電能量密度大，產(chǎn)氣急劇，常以電子崩形e沖擊電介質(zhì)，使絕緣紙穿孔、燒焦或炭化，使金屬材料變形或熔化燒毀，嚴(yán)重時會造成I備燒損，甚至發(fā)生爆炸事故，這種事故一般事先難以預(yù)測，也無明顯預(yù)兆，常以突發(fā)的形式暴露出來。

3 在線監(jiān)測變壓器局部放電

在線監(jiān)測變壓器局部放電是對運(yùn)行中的電力變壓器局部放電進(jìn)行監(jiān)測，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，以期對變壓器進(jìn)行絕緣診斷，必要時提供報警。在線監(jiān)測局部放電技術(shù)，借助先進(jìn)的傳感技術(shù)和電子技術(shù)，根據(jù)超聲波原理將高頻聲波傳感器放在油箱外部，以便測取局部放電或電弧放電所產(chǎn)生的的暫態(tài)聲波信號。

3.1在線監(jiān)測局部放電的方法和組成

3.1.1在線監(jiān)測局部放電的方法有超聲監(jiān)測、化學(xué)監(jiān)測和電性能監(jiān)測。在這三種方法中電性能監(jiān)測法靈敏度最高。電測法以監(jiān)測破壞性放電為主，用視在放電量作為監(jiān)測物理量。

3.1.2局部放電的寬帶監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器、現(xiàn)場處理器、高速數(shù)據(jù)采集器、光電轉(zhuǎn)換及信號傳輸器、數(shù)據(jù)處理器幾大部分組成。

3.2局部放電的干擾抑制

局部放電是窄脈沖信號，頻譜范圍很寬，而外部的電暈放電、電弧放電等干擾脈沖信號，其特征與變壓器內(nèi)部局部放電信號相似，且這些脈沖型干擾和連續(xù)的周期型干擾，可能比內(nèi)部放電信號強(qiáng)得多。

3.3局部放電監(jiān)測的故障定位

局部放電監(jiān)測的故障定位分超聲定位和放電點(diǎn)定位，對大型超高壓變壓器來說，主要采用超聲定位。在超聲定位方法中，可采用區(qū)域順序定位法。它依據(jù)來自一個固定放電位置產(chǎn)生的超聲波，傳遞到各個傳感器的先后順序來判定局部放電的具體位置。

3.4脈沖電流法檢測變壓器的局部放電

采用脈沖電流法檢測變壓器的局部放電，采用高頻小電流傳感器從高壓側(cè)套管末屏接地線耦合放電脈沖電流信號，傳感器耦合到的局放信號輸入信號調(diào)理單元，經(jīng)過選擇放大后，由高速數(shù)據(jù)采集卡采集，系統(tǒng)工作站負(fù)責(zé)信號的處理計算，生成各類局部放電譜圖、報表，并可生成指定時間段內(nèi)的設(shè)備局部放電發(fā)展趨勢圖。工作人員根據(jù)各類譜圖，以及趨勢圖對主變壓器的絕緣狀況進(jìn)行分析判斷，為主變壓器提供是否需要停電檢修的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

1 高文勝，變壓器油中局部放電超高頻檢測的試驗研究，高電壓技術(shù)2002

2 秦松林，變壓器局部放電在線監(jiān)測中實(shí)用抗干擾技術(shù)，電力系統(tǒng)自動化，2000