變壓器內部放電常見故障及分析

王毅

【摘 要】作為絕緣特性試驗項目中的一種，局部放電測量能夠很好地規(guī)避破壞，所以大型電力變壓器運行部門及其制造廠商對此也給予了越來越多的關注，而且還可用于變壓器內部的分析，找出其中有著較高場強的區(qū)域，這些區(qū)域很有可能會危害到變壓器的長期運行。怎樣利用各式各樣的檢測手段來解決局部放電的問題是非常重要的。但由于局部放電檢測的特殊性和放電類型的復雜多樣性，系統(tǒng)掌握局部放電檢測和問題分析，需要通過大量的實踐及積累大量的試驗積累。

【關鍵詞】變壓器;內部絕緣系統(tǒng);局部放電

1變壓器油紙絕緣局放的基本概念

在變壓器中，由于各種原因造成絕緣結構中存在絕緣缺陷，在一定的外施電壓下，內部絕緣中產生的電場強度，足以使絕緣部分缺陷區(qū)域發(fā)生放電，這種放電是發(fā)生在變壓器內部局部的、重復的擊穿和熄滅，未達到絕緣發(fā)生貫穿性擊穿，這種放電現(xiàn)象叫局部放電。當高電場強度下，變壓器繞組的內部的絕緣缺陷會產生局部放電，是不貫通的放電，一定的短時間的放電量低于一定等級下不會造成絕緣系統(tǒng)產生損壞。局放產生的主要原因有設計場強控制不力、異物控制不好、絕緣內部含氣穴。

2局部放電的機理及分類

2.1絕緣介質的內部放電

如果變壓器絕緣內部有小氣泡、其他介質、小油間隙。必然會造成絕緣材料的薄弱，或介質薄弱點與其他介質分布不均勻，會出現(xiàn)局放。其值的大小和小氣泡、其他介質、小油間隙尺寸一致。變壓器內部層壓木、層壓紙板，內部或多或少的會有氣穴或介質不因數(shù)不同的物質。在交變的回路中，場強排列反比其介質常數(shù)，氣態(tài)的介質常數(shù)一般遠小于固態(tài)的，進而所受電磁場力大，所以該區(qū)域等電壓大到一定程度時，該絕緣件薄弱內部氣穴會最先產生局部放電。當外部施加的時直流電時，氣穴放電產生的電量，在電壓作用下挪到到氣穴邊沿上;這些電荷又聚集在一起形成與外加電壓方向相反的電荷，降低了氣穴中的電場，很可能使絕緣材料中的氣穴中放電消失。然而當施加交變的電壓，因為交流電壓的周期性，絕緣材料中的外施加電場方向周期變化，與氣穴中放電電荷形成的反電場方向相同，增強了氣穴中電場強度，使得氣穴能在較低的電壓下產生放電。因而交變的電壓下固體內部的局部放電要比直流回路中要大的多。

2.2絕緣介質的沿面放電

絕緣介質的表面發(fā)生局放與電場的電極形狀有關，當發(fā)生局放的電極不對稱時，脈沖幅值的正負半周就會產生變化。如果固體件表面放電的電極位于大電壓時，此時放電零點坐標下的放電波形會較大、較稀;正半周的放電脈沖一般較小、很密。當施加電壓相反時，放電圖形也會相反。放電波形密集，一、三象限不對稱，放電小的象限波形更為密集。放電頻率類似油中放電。放電量較大時伴隨氣穴放電。放電量的大小隨勵磁升高而顯著增大。一般采用沿面放電的絕緣紙重新包扎，更換沿面放電的夾木等方式處理。

3局放測置原理及方法

3.1局放定位方法

3.1.1電氣定位

通過改變變壓器接線施加電壓的方式，從而調整試驗的變壓器電壓位分布來綜合分析，綜合所測的局放量同時結合起始電壓，校正方波時所記錄的其他繞組傳遞的波形大小所得出傳遞比，加上熄滅電壓等信息量對局放進行分析。通過電氣定位法進行矢量的分析，對于分析局放位置有初步判斷。通過回路電路的定位方法能定出大體位置，具體位置還得結合變壓器的絕緣結構進行分析判斷。

（1）高壓支撐法

此方法的接線方式，高壓的非被試相接地，抬高被試相電壓1.5倍，低壓的勵磁電壓降低了1.5倍，中性點為1/3倍的高壓感應電壓。當高壓達到一定電壓時，低壓匝電壓降低。正常接線和高壓采用支撐的方式比較起始和熄滅電壓，當施加的相等電壓時，局部放電有可能發(fā)生在變壓器繞組的線匝絕緣、縱絕緣，也有在線圈內撐條上。但當常規(guī)接線時，局放出現(xiàn)的勵磁電壓為支撐法接線時剛剛出現(xiàn)局放此時的勵磁電壓的1.5倍，可以判定局放在高壓首頭附近。支撐法要考慮勵磁電壓的出現(xiàn)局放和熄滅時勵磁電壓的大小，同時要測量容性中性點套管的局放，決定是調壓還是高壓首端，采用此方法還要注意中性點電壓能否耐受1/3倍的高壓感應局放電壓。

（2）多端子測量法

采用多個點檢測局放，被試相與非被試相，高、中、低壓都同時檢測局放，通過傳遞關系，及波形大小和電壓關系綜合判斷局放的位置，距離那個端子比較近。如下圖進行試驗前被試相所有端子都應記錄方波校正信息，同時記錄在方波校正時對應端子的傳輸過來的量值，對這些量值進行分析記錄。一般都是固定倍數(shù)的關系。局部放電試驗時根據(jù)記錄的測量的量，測量的量大的定義為發(fā)生局放相，比較記錄的倍數(shù)關系是否滿足方波校正的關系，來判斷其他繞組是否僅僅是傳遞過來的量，而不是本身的放電。這樣可以有效的判斷是否是變壓器內部絕緣放電及套管放電，進而快速判斷局放問題。

3.1.2超聲波檢測法

超聲波定位法結合局部放電試驗，已經狀態(tài)檢修時測量局放并有廣泛的應用。電力變壓器內部局部放電點的聲傳播在油中的傳播速度進行定位。通過測聲納法發(fā)出的不同的頻帶波形，進行分析。可以判斷出具體位置。外界干擾使得，局放測量時無法接受電的信號時，可采有接受超聲定位的方法。可采用聲-聲定位法。

a、兩超聲探頭法

兩超聲探頭法是通過測量放電源，到兩個探測器之間超聲波傳播的時延差△t的定位方法。如圖2通過收到最近的信號超聲定位探頭計算時延差△t，與聲音在油箱傳播速度的距離，分析出放電源的具體放電部位。

b、多個超聲探頭法

多個超聲探頭法是在變壓器油筘上擺放利用兩個或多個局部放電超聲探頭，計算多個超聲探頭相互間的收到信號的時間差，選取一探頭為參考點，計算時間差，系統(tǒng)通過吋間差的綜合分析計算，得出放電位置于參考點的坐標（X，Y，Z）和距離。

3.3介質損耗法

變壓器內部發(fā)生局部放電時，產生的能量將會使介質增加附加損耗。當施加的電壓越高時，放電的頻次就會越明顯，介質的附加損耗就會越大。利用測量附加損耗的大小來判斷局部放電的方法，稱為介質損耗法。介質損耗法測量簡單，不需要特殊測量設備，但測量靈敏度很低，只有局部放電的視在放電量大于500pC才可以發(fā)現(xiàn)。而且變壓器內部受潮時，介質損耗也會増大，很難區(qū)分是由于局部放電產生的損耗增大，還是其他原因所導致。

參考文獻：

[1]謝軍.變壓器油紙絕緣局部放電劣化規(guī)律及診斷方法[D].華北電力大學（北京），2016.

[2]劉奇.電力變壓器局部放電超聲波檢測方法研究[D].沈陽工業(yè)大學，2017.

[3]劉嘉林，董明，安珊，楊蘭均，鄺石，張偉政.電力變壓器局部放電帶電檢測及定位技術綜述[J].絕緣材料，2015，4808：1-7.

（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）