變壓器局部放電故障的分析

局部放電主要是變壓器在高電壓的作用下，其內部絕緣發生的放電。這種放電只存在于絕緣的局部位置，不會立即形成整個絕緣貫通性擊穿或閃絡，所以稱為局部放電。局部放電很微弱，靠人的直官感覺，如眼觀耳聽是不容易發現的，只有靈敏度很高的檢測儀器和*檢驗手段才能將其檢測出來。  
變壓器局部放電是指發生在兩點電之間但并未貫穿電的放電，它是由于設備絕緣內部存在弱點或生產過程中造成的缺陷，在高電場強度作用下發生重復擊穿和熄滅的現象。它表現為絕緣內氣體的擊穿、小范圍內固體或液體介質的局部擊穿或金屬表面的邊緣及尖角部位場強集中引起局部擊穿放電等。若電器設備的絕緣在運行電壓下不斷出現局部放電，這些微弱的放電將產生累積效應會使絕緣的介電性能逐漸劣化并使局部缺陷擴大，后導致整個絕緣擊穿。  
1.局部放電的產生原因  
變壓器的絕緣結構，內部存在氣泡（氣隙）、油隙和絕緣弱點是不可避免的。這些氣泡（氣隙）、油隙和絕緣弱點通常是在變壓器制造過程中形成的。如油浸式變壓器，在其制造過程中，由于浸漆、干燥和真空處理不*，在產品所用的電木筒內、絕緣紙板內、絕緣紙層間不可避免地會形成一些空腔。當絕緣油不能*浸入空腔時，空腔內就會存在氣泡（氣隙）。又如絕緣油本身質量有問題或絕緣油處理不好等，那么注入變壓器中的絕緣油內部也會存在一些氣泡。由于氣體的介電系數比油、紙等絕緣材科的介電系數小，所以，氣隙承受的電場強度比油、紙絕緣的電場強度高。當外施電壓達到某一定值時，這些氣隙就會首先發生局部放電。另外，油紙絕緣內的油膜，油隔板絕緣結構中的油隙，特別是“楔形”油隙，金屬部件、導線等處的尖角、毛刺，電場集中、場強過高的局部區域等也都容易產生局部放電。  
2.局部放電的危害  
變壓器絕緣結構中的局部放電，尤其是放電量較大的油紙絕緣表面產生的局部放電，將對變壓器的絕緣造成破壞。其破壞情況有兩種，一是放電質點對絕緣的直接轟擊，造成局部絕緣的損壞，并逐步擴大，直至使整個絕緣擊穿；二是局部放電產生的熱量、臭氧和氧化氮等活性氣體的電化學作用，造成局部絕緣腐蝕老化，介質損耗增大，電導增加，后導致絕緣熱擊穿。  
局部放電對絕緣的危害程度，一方面取決于局部放電的強度，如放電量大小、放電能量大小、放電次數等，另一方面取決于絕緣的耐放電性能和局部放電作用下對絕緣的破壞機理。所以，局部放電對絕緣的危害，終將導致變壓器的絕緣壽命降低，并直接影響變壓器在長期工作電壓作用下的安全可靠運行。  
3.局部放電故障的表現形式  
電力變壓器主要采用油-紙屏障絕緣，這種絕緣由電工紙層和絕緣油交錯組成。由于變壓器結構復雜、絕緣很不均勻。當設計不當，局部場強過高，工藝不良或外界原因等因素造成內部缺陷時，在變壓器內必然會產生局部放電，并逐漸發展，后造成變壓器損壞。  
電力變壓器局部放電主要表現形式：  
（1）繞組中部油-紙屏障絕緣中油通道擊穿。  
（2）繞組端部油通道擊穿。  
（3）絕緣導線的引線絕緣、搭接絕緣、相間絕緣與油的間隙擊穿。  
（4）線圈間（匝間、層間）縱絕緣油通道擊穿。  
（5）絕緣紙板圍屏等的樹枝放電。  
（6）其他固體絕緣的爬電。  
（7）絕緣中滲入的其他金屬異物放電。  
（8）固體絕緣材料的電老化。  
1）局部放電引起絕緣材料分子結構的破壞。  
2）放電點熱效應引起絕緣的熱裂解，增大了介質的電導和損耗，并產生惡性循環，加速老化過程。  
3）放電過程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分子生成硝酸腐蝕絕緣體，導致絕緣性能劣化。  
4）放電過程的高能輻射，使絕緣材料變脆。  
5）放電時產生的高壓氣體引起絕緣體開裂，并形成新的放電點。  
4.變壓器局部放電的典型結構探討  
4.1引線  
變壓器絕緣結構中，引線布置很多。引線與引線之間的電場分布不均勻。相同條件下，兩根引線相互垂直比平行布置的大電場強度高出10%左右，高壓繞組首端引出線對箱壁以及對其外部的調壓繞組，也是電場集中易產生局部放電的區域。  
4.2端部絕緣構造  
超高壓電力變壓器端部絕緣結構中通常在繞組端部加裝防靜電環，但防靜電環與線圈端部間形成的楔形油隙為電場集中區域。  
4.3變壓器內部金屬凸突面  
如油箱內壁的焊接縫及附著在其上的焊渣，引線焊接時留下的尖角毛刺，鐵心片剪切時形成的毛刺等。均會造成電場集中，使場強成倍增加。  
4.4雜質  
在變壓器復合絕緣結構中，油所承受的電場較高，而油的擊穿場強低，這決定了變壓器絕緣中薄弱部分是油隙。而油中若含有的雜質，如金屬和非金屬顆粒、含水量、含氣量等，會使油中電場發生畸變。  
5.變壓器局部放電故障的檢測  
5.1局部放電的檢測意義  
國家標準規定了變壓器工頻耐壓試驗、雷電沖擊試驗和操作沖擊試驗等絕緣試驗項目。但是，這些絕緣試驗與變壓器長期工作電壓對變壓器的作用之間并沒有固定的內在，長期工作電壓對變壓器的影響較各種過電壓對變壓器的影響更為嚴重和重要。所以，局部放電檢測是考查變壓器在長期工作電壓作用下能否安全可靠運行的重要測試手段。  
5.2局部放電的檢測目的  
（1）驗證在標準規定的試驗電壓和時間內變壓器的局部放電量是否符合標準和技術條件要求。  
（2）當變壓器局部放電量超過標準和技術條件規定時，通過對局部放電產生的原因進行分析和定位，然后加以排除。  
（3）測量變壓器的起始和終止放電電壓，即施加電壓上升時初出現局部放電的低放電電壓和施加電壓下降時后消失局部放電的高放電電壓。  
5.3局部放電的檢測方法  
變壓器局部放電的檢測方法可分為電氣法和非電氣法兩大類。電氣法中有脈沖電流法、介質損耗法和電磁輻射法。非電氣法中有聲波法、測光法、測熱法和物理化學法。  
（1）電氣法。利用示波儀或無線電干擾儀，查找放電的特征波形或無線電干擾程度。  
（2）超聲波測法。檢測放電中出現的聲波，并把聲波變換為電信號，錄在磁帶上進行分析，利用電信號和聲信號的傳遞時間差異，可求得探測點到放電點的距離。  
（3）化學測法。檢測油中各種溶解氣體的含量及增減變化規律。該測試法可發現油中的組成、比例以及數量的變化，從而判定有無局部放電（或局部過熱）。  
電氣法的靈敏度較非電氣法高，所以，一般多采用電氣法。在電氣法中采用多的是脈沖電流法。在非電氣法中，常采用聲波（超聲波）法，尤其是聲波法多用來對局部放電源進行定位。  
此外，近年來還研制出局部放電在線檢測儀，能在變壓器運行中進行自動檢測局部放電。  
6.控制局部放電的措施  
（1）變壓器設計時要控制各部分場強在允許的范圍內，特別要注意對高壓引線頭和引線電場強度的控制。  
（2）變壓器在制造過程中特別要注意器身中各部件的清潔度，決不允許帶入任何金屬異物。  
（3）裝配前對焊接件、金屬件要*清理加工過程中所殘留的異物、雜物。注意在總裝過程中所產生的金屬異物的收集與清理。  
（4）絕緣材料的使用要有選擇，禁用環氧玻璃布板和其相似介電系數的材料，避免使用在真空處理時無法排出氣體的絕緣材料。  
（5）變壓器真空注油時應保證真空度達到工藝要求，抽真空和靜放時間要足夠長，確保變壓器所有部件被油浸透。  
7.結束語  
為防止局部放電的發生，制造商應對變壓器進行合理的結構設計；精心加工，提高材料純凈度，嚴格處理各個環節的質量。運行單位應加強變壓器維護、監測等工作，以有效地防止變壓器局部放電的發生。