影響環氧澆注電壓互感器局部放電因素分析

郭將軍，陸少同

（大連第一互感器有限責任公司，遼寧大連116200）

影響環氧澆注電壓互感器局部放電因素分析

郭將軍，陸少同

（大連第一互感器有限責任公司，遼寧大連116200）

局部放電水平是反應電壓互感器絕緣性能的一項重要指標，局部放電量大小直接影響產品的使用壽命。也直接體現產品的技術設計、制造工藝、產品質量、應用材料等整體水平。局部放電量大，使用過程中會存在絕緣隱患，影響運行可靠性。通過對影響環氧澆注的電壓互感器局部放電的因素進行分析，提出對應控制方法。

局部放電；環氧樹脂澆注絕緣；電壓互感器（PT）；電暈放電

0 引言

局部放電是指電氣設備中的絕緣介質在高電場強度的作用下，發生在電極之間的未貫穿放電，是絕緣介質局部發生的電荷放電［1］。局部放電水平的高低直接反應互感器產品的絕緣性能，產生的電子、離子以及熱效應會加速產品絕緣的電老化，降低產品使用壽命。局部放電量是電網可靠運行的一項重要測試指標，用戶對互感器局部放電檢測更加嚴格。因此，有必要對影響電壓互感器局部放電量的因素進行研究分析，提高互感器設計、制造及運行水平。

1 影響電壓互感器局部放電因素

影響環氧樹脂澆注絕緣的電壓互感器局部放電的因素非常多，在對澆注后的成品進行局部放電測試時，憑借試驗經驗，通過對如圖1所示的局部放電波形，可初步判斷可能出現的問題點，但是單純依靠放電波形判斷往往不夠全面，無法充分完成最終改進。因此，應將產品設計和制造過程中影響產品局部放電的各主要因素與成品局部放電試驗的波形相結合，進行綜合分析，判斷出影響產品局部放電的主要因素。

圖1 局部放電波形

1.1 繞組結構設計

電壓互感器內部器身的電場極不均勻，尤其是一次高壓繞組附近，場強非常高。根據需求，產品設計要盡可能減小外形尺寸和安裝尺寸，而小的外形尺寸限制了內部一、二次繞組的尺寸。隨著外形尺寸的減小，繞組又要保證一定的匝數，這樣就減小了層間絕緣，增大了繞組的層間場強。若設計時層間場強選取的不當或沒有好的繞線工藝，極易導致產品局部放電量增大。同時，非常緊湊型的器身在進行環氧樹脂澆注時，由于環氧樹脂混合料較粘稠，并不能完全填充到絕緣層間，容易在絕緣層間存在氣孔縫隙，使絕緣強度降低，使產品局部放電量激增。

1.2 絕緣距離選取

圖2為電壓互感器主要絕緣示意圖，環氧樹脂澆注絕緣的電壓互感器的主要絕緣距離應包括：高壓繞組與低壓繞組間的絕緣距離（c），高壓繞組與鐵心間的絕緣距離（a、b），高壓繞組與低壓繞組以及鐵心外包屏蔽層之間的絕緣距離，這些絕緣距離全部依靠環氧樹脂填充。在設計時，要滿足用戶所提出的產品小尺寸、小內部空間的要求，就必須設計合理，選取合適的絕緣距離，以滿足國家標準要求的工頻耐壓試驗和感應耐壓試驗的絕緣性能，還要留有一定裕度。若絕緣距離設計不合理，即使通過了耐壓試驗，也會出現局部放電量不達標，這就需要在設計時進行結構與主絕緣層尺寸的綜合優化，最終確定一個優化方案。因此主要絕緣距離設計是影響電壓互感器局部放電的重要因素。

圖2 電壓互感器主要絕緣示意

1.3 器身包扎工藝

由于電壓互感器的鐵心、繞組、引線端子等各零部件間易存在棱角、尖端、毛刺，這些會導致場強不均或出現極端場強使產品局部放電量增大或局部極高。為了改善繞組、鐵心、內部導體間等的電場分布，要對高低電位間的尖端電場或不均勻電場進行屏蔽均壓，降低場強或消除電場集中現象。同時，也要注意將主絕緣中對局部放電有影響的器身緩沖材料或空氣間隙等進行電場屏蔽，以提高絕緣性能和局部放電水平。

1.4 器身裝模工序控制

器身裝模工序是將互感器的器身裝配到樹脂澆注模具中，并對一次繞組、二次繞組、鐵心等進行固定，保證設計的絕緣距離充分實現，如果器身裝模操作不當，不能保證原設計方案各繞組部件間的絕緣距離，就會直接影響產品的絕緣性能和局部放電水平，甚至會導致耐壓直接擊穿。同時對裝模操作的時間也要加以控制，盡可能縮短時間，還要注意對器身及模具的防護，防長時間暴露造成吸潮、落塵、污漬、掉入異物等，對澆注工藝、絕緣性能、局部放電水平造成影響。在裝模操作時，要保證調整各處絕緣距離均符合設計要求，保證高壓繞組與鐵心、器身與模具的絕緣距離滿足設計要求，不會造成局部場強集中或過高；在作業時，還要注意不要讓器身外包扎的屏蔽材料破損、起翹，如發現應及時修復，對于已裝好器身的模具應及時入爐預熱，防止外部受潮。

1.5 環氧樹脂澆注及固化

不同型號的環氧樹脂，因澆注配方及固化工藝不同，其電氣絕緣和滅電弧性能會有一定差別，優良的環氧樹脂澆注工藝也是產品局部放電達標的保障。澆注設備運行的可靠與穩定，直接影響著環氧樹脂混合料的配比、混合料的均勻度，澆注的溫度、真空度、澆料速度，這些指標都對產品局部放電大小起著決定性作用，材料的預熱溫度、填料時間、及固化爐溫的控制等，也會對環氧樹脂混合料的性能造成不同程度的影響，因此適用的澆注工藝是提高電壓互感器局部放電水平的可靠基礎。

1.6 澆注體的裝配

在對電壓互感器的澆注體進行裝配時，要確保各金屬零部件無尖角、無毛刺、無夾帶的其它污穢雜質、異物等，并要保證零部件間連接可靠，需要接地的部件也要確保可靠接地。

1.7 成品試驗

在對成品施加高壓進行局部放電試驗時，高壓端子金屬件與試驗設備的連接點如果尖端或曲率半徑較小，極易在其附近產生強電場，使附近的空氣發生電離，產生電暈或輝光放電，這雖然屬于外部放電信號，但是會收入到檢測設備中，對判斷產品的實際局部放電量產生干擾。同時，成品局部放電試驗設備周圍的電源干擾信號、接地系統干擾、空間干擾信號等對局部放電的干擾影響也很大，需要經驗豐富的試驗員進行檢測，否則易造成誤判。

2 影響局部放電因素的控制方法

2.1 選取合理層匝數和層間場強

設計人員根據設計參數設計好鐵心尺寸，確定繞組總匝數，對繞組進行排線設計時，應根據所使用的層間絕緣材料的絕緣強度選取合理層匝數進行排線，確定合適的層間場強［2］

式中：E為層間場強，V／mm；U為試驗時施加的電壓，V；N為繞組總匝數；n為每層匝數；c為每層線使用的絕緣材料的層數；δ為層間絕緣材料的厚度，mm。

由式（1）可以看出，如每層匝數過多，層間場強會增高，因此要盡量減少每層匝數，但減少每層匝數就會增加排線總層數，使繞組尺寸增大，所以要考慮在繞組排線后的外徑尺寸滿足設計尺寸要求的前提下取合理的每層匝數。同時，在進行繞組設計時計算的層間場強應充分考慮層間絕緣材料的絕緣介電性能。不同的絕緣材料，其介電性ε值是不一樣的，一般層間場強可按3.5~5 kV／mm選取。在繞組設計時若層間場強過高，要對每層匝數進行調整，也可采用寶塔式分級繞制高壓繞組，可有效降低層間場強及繞組端部場強，這對提高電壓互感器的局部放電水平也有一定幫助。

2.2 主絕緣設計與澆注樹脂的選擇

在進行產品主絕緣設計時，要根據互感器的運行條件選用相應牌號的環氧樹脂，不同牌號的環氧樹脂電氣絕緣性能會稍有差別，對互感器的局部放電也會產生一定影響。在進行主絕緣設計時，要充分考慮環氧樹脂的各項性能，包括固化縮比性能等，采用不同環氧樹脂澆注的產品主絕緣距離的取值不同。即便是同一臺產品中不同位置的主絕緣層厚度取值也可能是不同。這要按環氧樹脂絕緣強度選定，一般取4～6 kV／mm。另外，在設計過程中，還應將器身裝入模具時的距離偏差因素考慮進去，如果外形尺寸允許，可以使主絕緣距離留有一些余量，提高電壓互感器的絕緣性能和局部放電水平。

2.3 屏蔽包扎

制造器身過程中，高壓一次繞組、低壓二次繞組、鐵心間均可采用絕緣帶和半導電材料進行絕緣、屏蔽包扎，可以有效均勻電場，降低電場強度和電場集中現象［3］，進而提高局部放電水平。一般情況下，高壓一次繞組外圍及端面電場強度比較高，采用屏蔽和均壓措施可降低電場強度，消除高壓端的尖端放電。另外，還要注意保持材料的干燥和清潔，也有利于提高產品的局部放電水平。緩沖屏蔽包扎材料的厚度、尺寸及均勻平整度等要符合設計及工藝要求，不能影響有效的絕緣距離，也不要形成鼓包、棱角，否則會使自身產生電場集中效應，影響局部放電水平。

2.4 器身真空干燥

選用合適的溫度對器身進行真空干燥，可以除去繞組層間、匝間、絕緣、屏蔽等材料中的水分，降低環氧樹脂澆注時形成氣孔（泡）的概率，可大大提高局部放電水平。干燥溫度不宜超過樹脂澆注溫度，要根據企業自身特點，制定一個具有合理的溫度、時間及真空度的器身真空干燥工藝，溫度40～100℃，干燥時間3～10 h，真空度60～120 Pa。

2.5 澆注體表面清理

在環氧澆注體進行裝配時，要先對預裝配的各金屬零部件、澆注體表面、接線端子等處進行檢查和去尖角毛刺，再用相應的試劑進行擦拭，保證產品干凈、清潔，無污穢及雜質，消除外部因素對局部放電試驗的干擾。

2.6 試驗工裝的設計

在試驗檢測工序中可根據不同型號、規格的產品，設計相應的試驗工裝，既可降低試驗干擾，增強局部放電試驗的精確度，又可提高工作效率。如成品試驗時，可以在電壓互感器的高壓端子處安裝均壓球，電壓越高，均壓球直徑應越大，可以使高壓端附近場強均勻，有效地排除外部電暈放電對局部放電測量的干擾，使對產品的局部放電量判斷更加準確可靠。但需要注意的是，均壓球直徑的大小應考慮高低壓間的爬電距離是否滿足設計要求，否則會適得其反。

3 結語

影響環氧樹脂澆注絕緣電壓互感器局部放電的因素有很多，分析的因素和控制措施是經長期跟蹤互感器制造得出，可將其應用到電壓互感器的器身設計、制造及試驗中，可以有效提高產品的局部放電水平。

［1］王福剛，曾兵，葛良全，等.高壓互感器局部放電原因分析［J］.高壓電器，2008，44（1）：73-75.

［2］肖耀華，高祖綿.互感器原理與設計基礎［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，2003.

［3］李志勇，胡培中，胡國能，等.35 kV環氧澆注電壓互感器局部放電的分析［J］.變壓器，2005，42（10）：8-11.

Analysis of Factors Influencing Partial Discharge of Epoxy Resin Casting Voltage Transformers

Partial discharge level is an important parameter indicating performance quality of voltage transformers.It will directly affect the life of the product.To ensure high reliability，more and more transformer manufacturers do the partial discharge test for their products.The factors are amalyzed which influence partial discharge of epoxy resin casting insulation voltage transformers，and some corresponding control measures are put forward.

partial discharge；epoxy resin casting insulation；voltage transformer；corona discharge

TM451

：B

：1007－9904（2014）06－0053－03

2014-09-27

郭將軍（1986），男，工程師，主要從事環氧樹脂澆注絕緣的互感器設計開發以及工藝研究工作。