如何降低干式變壓器局部放電及原因和控制措施

摘要：本文作者對干式變壓器的改進設計及制造工藝，等方面措施并分析和控制干式變壓器局部放電。

關鍵詞：干式變壓器;局部放電;措施

1 引言

干式變壓器其防火性能好，免維護得了廣泛應用。但由于設計或生產過程中會潛伏工藝性缺陷因而產生局放，易引起絕緣擊穿，時間長了甚至燒毀變壓器。所以在變壓器生產過程要注重設計及工藝的控制，把局放量降低到最小極限。

2 產生局部放電的原因

由于變壓器中的絕緣體、金屬等常會帶有一些尖角、毛刺，致使電荷在電場強度的作用下，電荷容量會集于尖角位置上，從而引起放電。

環氧樹脂澆注絕緣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。

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。

3 局部放電的危害

局部放電是一種是發生在絕緣表面放電。若能量較大，在絕緣體表面留下放電痕跡時，則影響變壓器的壽命。如放電強度較高，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。

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，從而降低了變壓器的壽命。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。

4 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。影響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，設計時應確保和考慮到高低壓線圈和相間距離、高壓線圈對地要有足夠的絕緣距離，絕緣距離越大場強越小。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繞制，線圈層間場強盡量控制在1000V/mm以下，如35kV的干式變壓器段數可取12～18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。

2、線圈的繞制、裝模及真空澆注工藝控制

干式變壓器好壞都是線圈先發生故障。在繞制線圈時不能隨意更改數據;裝模引線焊接時，注意高溫破壞線圈的絕緣，打磨尖角毛刺等;樹脂配料及溫度時間，澆注的速度必須嚴格遵守工藝，動態澆注應注意完成的時間，防止樹脂粘度過大。

3、原材料的選擇與控制

電磁線光無滑毛刺;絕緣材料應選擇長期穩定的供應商，環氧樹脂材料的應選擇粘度小韌性好。因為在換新材料后，變壓器在短期內發現不了什么問題。

5 干式變壓器局放試驗

1、局部放電的波形分析

首先在試加電壓分別為1.8U倍，持續30秒;再將電壓降至1.3U倍，持續3分鐘。測量記錄3min時間內的局部放電量。除此之外，還可以在局部放電檢測儀示波器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1-1為兩種掃描時屏上 波形的示意圖。

在局部放電試驗時，除內部可能產生局部放電外，引線的聯接和接地等，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。

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。

（a）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。

（b）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）有一個氣隙位于電極的表面。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）不同尺寸的氣隙位于電極的表面，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。放電起始后放電后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）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。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。

（f）針尖對平板或大地的氣體介質。放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。這可幫助判斷電壓的零位。起始放電后電壓上升，放電量不變，惟脈沖密度向兩邊擴散、放電頻率增加。

（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。

（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。

6 結論

干式變壓器通過工藝的控制，可大大提高環氧干式變壓器的局放問題，我們在生產實踐中反復試驗論證，可保證生產出的環氧干式變壓器在局放量小于10pC內，完全達到國家標準中局放小于10pC的要求，其它技術指標也都符合相關國家標準GB T1094.11和GB/T10028要求。

參考文獻：

[1]李金輝，降低電力變壓器局放的措施[J]. 電工電氣，2006，6：62

作者簡介：

戴永林（1970-），男，江蘇南京人，長期從事變壓器研發和設計工作。