淺析油浸式變壓器內部絕緣故障

王 寧 朱可晴

(特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧 沈陽 110144)

一、前言

隨著電力行業的飛速發展，電力變壓器的市場競爭越來越激烈，如何在保證變壓器可靠性的前提下降低成本，成為保證經濟效益的前提。因此，分析變壓器內部絕緣故障發生的原因具有非常重要的意義。

二、絕緣中的故障

(一)制造工藝方面

變壓器相間絕緣距離沒有足夠的裕度時可能產生相間短路。此種短路故障可能由于相間加入相間隔板而改變了變壓器內部的電場分布，從而引起油隙及隔板的場強過高。絕緣筒、絕緣成型件等絕緣件在制造過程中，有時因其表面存有污穢導致沿面放電，從而使絕緣材料失效。絕緣件吸附氣體常可導致氣體電離，介質產生過熱，甚至引起絕緣擊穿。絕緣結構中有“尖角油隙”時，該部位的電場強度較高，可能會產生局部放電。如果木質的引線支架及導線夾未經充分干燥及油浸，則水分的存在將產生橋路而導致分接引線的擊穿。

(二)運行方面

由于呼吸作用使水分和潮氣進入變壓器油中，油的耐電強度就會大大降低，從而可引起線圈對油箱或對鐵心構件的擊穿。變壓器長時間過載可引起變壓器油的老化，油溫過高會加速油泥、水分及酸的生成。變壓器油中懸浮著導電粒子，它們在具有電位差的裸導體之間形成小橋進而引起暫時的擊穿，如油中終端引線之間、終端引線對油箱或鐵心結構之間的閃絡等。隨著變壓器運行時間的增長，油箱內的油面可能下降。若不能保證油面處于規定位置，則變壓器可能因冷卻油的循環受到限制而產生過熱。當油面降至上導油管管口之下時，就更容易發生這種情況。應該指出，變壓器絕緣中的局部放電多發生在高壓引線處，幾乎不發生在匝間或餅間。在變壓器絕緣結構上、工藝上采取措施，降低局部放電量，對于改善絕緣壽命具有重要有意義。

三、線圈中的故障

(一)制造工藝方面

線圈在繞制、加工干燥、套裝等工藝過程中，若換位、出頭、焊頭等處理不當，均可造成線圈短路故障。在變壓器干燥處理過程中，處理時間不足，或者線圈干燥處理后放置時間較長，吸收了周圍的潮氣，即當變壓器線圈的絕緣電阻比設計值低時，施加正常電壓或試驗電壓后，匝間絕緣可能被擊穿。也就是說，線圈絕緣中滲入水分，那么遲早要發生匝間短路，因此而產生的擊穿將重復發生并更加危險。對于獨立線圈，尤其是高壓連續式線圈，其幅向尺寸與軸向尺寸的比值較大，在線圈的內徑側可能會產生過熱點，使導線絕緣脆化，引起匝間短路。若幅向油道尺寸很小，則這種危險性就更大了。對于糾結式線圈，由于匝間、段間電位差較大，糾結線需要焊接，焊點較多，這些均可能造成絕緣弱點和過熱。在線圈繞制過程中，進行導線換位，從而使每根導線在漏磁場中處于相同的位置，否則每根并聯導線承擔的負載不均，會引起某些導線產生過熱，加速絕緣老化，造成變壓器線圈匝間短路。如果變壓器線圈接頭焊接質量不佳，則變壓器在負載時可能使線圈產生過熱，導致變壓器油的局部炭化。接頭處產生的熱量可傳導到線圈的一段導線上，并可使導線的絕緣局部炭化，最終導致匝間短路。這樣的接頭遲早要斷開而造成線圈斷路。

(二)運行方面

目前線圈一般采用同心式，若它們的安匝不平衡，則除了產生幅向力外，還產生作用于線圈的軸向力。特別是對于低阻抗的變壓器，該軸向力常引起端部線段變形。當受到嚴重的外部短路，特別是發生三相短路時，在短路電流瞬時峰值作用下，線圈即使不會立即發生絕緣擊穿，也可能因永久變形而造成嚴重的故障隱患。線圈遭受短路電流沖擊次數越多，承受短路電流峰值的概率就越多，越有可能導致線圈變形，出現惡性循環，導致線圈位移及其壓緊裝置的損壞。當然線圈某一線段的一匝或多匝導線可能發生錯位，由此可能造成匝間短路。線匝產生錯位后并不一定就發生擊穿現象。但變壓器在負載運行期間，由于電磁力的作用而產生振動，因此，當變壓器反復遭受嚴重的電磁力沖擊時，相鄰錯位線匝的絕緣由于摩擦可能導致擊穿現象。在不同程度上遭受迅速的負載波動時，線圈導線的膨脹和收縮將使匝間絕緣上所承受的機械力交替的增大或減小。大多數絕緣的機械強度均隨著機械壓力的增加而降低，所以變壓器遭受電或磁的沖擊時，其線圈極易發生損傷。匝間短路、線圈對地短路可能由以下幾個原因引起：

①當雷電波侵入變壓器時，線圈端部線段的電位差增大。由于變壓器與線路之間的過度點處沖擊阻抗有變化，因此產生電壓和電流的反射，結果在變壓器線圈中引起高電壓，使靠近線路端的若干線段受害最重。由于在線圈的其它部分可能繼續產生高電壓，所以亦可能發生擊穿。

②由沖擊波引起的過電壓可能在以下各點增強：線圈中沖擊阻抗產生變化的任意點，例如加強導線的末端；串聯線圈的聯線及中性點。為了盡可能的避免匝間短路，對以上絕緣應加強絕緣。

③當把變壓器的二次線圈開路，一次線圈斷開，變壓器的勵磁電流，隨著鐵心中磁通趨于迅速消失。但有時確實衰減很快，其衰減速率與周期變化率相比要大得多，結果有時在變壓器中產生高壓升高。嚴重的過載可在變壓器中引起高溫，造成線圈絕緣變脆，同時可能產生導線絕緣脫落因而導致匝間短路。變壓器油中產生的油泥將沉積在箱底、線圈及鐵心構件上。沉積物對變壓器線圈及鐵心產生覆蓋作用，影響散熱，而且使過熱越來越嚴重。

四、結束語

由以上分析可知，變壓器發生的故障與運行維護有關，而大部分與制造有關，因此，我們有必要在變壓器設計制造時對內部絕緣的薄弱部分采取適當的措施，從而延長變壓器的使用壽命。