大型电力变压器的绝缘事端剖析与防备
1.绝缘事端概略
大型电力变压器的安全安稳运转日益遭到各界的重视，特别越来越多的大容量变压器进网运转，一量构成变压器毛病，将影响正常出产和公民的正常日子，并且大型变压器的停运和修正将带来很大的经济损失，在这种情况下把握变压器绝缘受哪些因素影响，会构成变压器损坏，对变压器安全安稳运转有必定的优点，使变压器长时刻在受控情况下运转，防止构成变压器损坏，对变压器安全可靠运转具有必定现实意义。
1.1变压器的绝缘事端的分类
变压器的绝缘事端一般分为以下4类：
1.1.1绕组绝缘事端：指主绝缘、匝绝缘、段间绝缘、引线绝缘以及端绝缘等放电、烧损，引起的绝缘事端。
1.1.2套管绝缘事端。指套管内部绝缘放电引起绝缘损坏，乃至瓷套爆破。还包含套管外绝缘的沿面放电和空气空隙的击穿。
1.1.3分接开关绝缘事端。首要是指因为切换开关油室内油的绝缘强度严峻下降，在切换分接时不能灭弧，引起有载分接开关焚毁。别的还有无励磁分接开关和有载分接开关露出的导体之间放电，引起相间、相对地或级间短路的事端。
1.1.4铁心绝缘事端。指铁心的硅钢片对地绝缘损坏,引起铁心多点接地。另指铁心的结构连接点间的绝缘损坏，发作环流引起部分过热毛病。
上述4类事端中，绕组绝缘事端的损害最大。
1.2变压器绝缘事端根本原因
为剖析变压器绝缘事端的根本原因，把效果在绝缘上的电场强度，分为效果电场强度（简称效果场强）和耐受电场强度（简称耐受场强）。效果场又可分为雷电冲击效果场强，操作冲击效果场强和工频效果场强。对这三种类型效果场强不同的绝缘成分有各自的耐受场强。但其共同点是效果场强大于耐受场强，便要出绝缘事端。按效果场强和耐受场强的抗衡联系可分为3种局势：
1.2.1效果场强过高。如110kV和220kV降压变压器的第三绕组（10kV或35kV绕组）在雷击时呈现效果场强高于变压器自身的正常耐受场强，引起雷击损坏的绝缘事端。这种原因的事端每年都有发作。占总的绕组绝缘事端比率约为百分之几。
1.2.2效果场强过高加上耐受场强下降。如有的变压器在操作时绝缘损坏，崩溃查看发现，绝缘有受潮现象。雷电冲击对油纸绝缘中的水分不如操作冲击灵敏。所以这种原因的事端不多，占总的绕组绝缘事端的比率约为千分之几。
1.2.3耐受场强下降。如变压器正常运转中耐受场强下降，在正常作业电压下忽然发作绝缘事端。这类绝缘事端频频呈现，占总的绕组绝缘事端的比率已超越90%。
1.3正常运转的变压器呈现绝缘事端的两种方法
正常运转的变压器呈现绝缘事端有两种方法，一种叫突发式事端。这种事端的特点是：按现行的预防性规程进行的预防性实验合格，其他在线的监测也未发现事端的征兆。但在正常运转条件下，变压器内部突发绝缘击穿事端，继电保护动作跳闸。因为毛病能量有大有小，或继电保护动作的时刻有快有慢，变压器损坏的严峻程度大不相同。
另一种叫垂危式毛病。这种事端的特点是：预防性实验的绝缘功能实验合格，但从油中溶解气体的色谱剖析发现乙炔（C2H2）。经剖析承认与在绝缘部分存在放电有关。所以停电进行丈量部分放电量的实验以下（简称局放实验）。实验成果标明放电情况反常，乃至在实验中就发作贯穿性击穿。实践标明将局放实验和其他实验成果进行归纳剖析，能够作出正确确诊，崩溃后能够找到绝缘发作不行逆损坏的毛病点。
2.正常运转的变压器绝缘事端的原因剖析
2.1发作绝缘事端原因剖析
2.1.1制作缺点。绝缘事端的制作缺点说，又分“尖角毛刺”说、“金属异物”说，“颗粒含量”说。以及“绝缘缺点”说等。一切这些说法，会集到一点是对放电机理有一致，即以为先发作部分放电，然后在正常作业电压下引起绝缘击穿事端。新近的老旧变压器，的确有过上述种种原因引起正常作业电压下的绝缘事端，并且事实证明，对放电机理的剖析是符合实践的。但就大型电力变压器而言，这类变压器已运转20多年，有问题早应露出。假如至今没有露出，能够证明实践上已不再存在这类缺点。上世纪80时代起，220kV及以上电压等级的变压器都进行下场放实验。阅历标明，局放实验对发现上述种种缺点是特别有用的。因而关于出厂时局放实验合格的变压器，特别是装置或检修后还进行过局放实验的变压器，不或许再有在正常作业电压下就足以引起绝缘事端的制作缺点。这正是局放实验的法力地点。
2.1.2绝缘老化。我曾阅历几台变压器，因为油道阻塞，匝绝缘部分过热，引起在正常作业电压下的匝绝缘事端。实践上这是过热事端。油中气体色谱剖析（简称DGA）对这类事端是能断定的。
我国的大型电力变压器都是全密封结构，运转时代不长，不少长年青载。因而一般不存在绝缘老化的问题。假如因为绝缘老化引起绝缘事端，将有显着的老化标志。对因绝缘事端崩溃检修的多台变压器，曾针对老化程度进行查看，都没有从老化现象中找到事端依据。绝缘老化现象是详细和显着的，有依据才干建立，否则应扫除其或许性。
2.1.3油流带电。关于强油循环的大型电力变压器，在油泵开动的情况下，丈量绕组的电位和泄放电流时。绕组电位高的可达几千伏，泄放电流大的超越微安级。阐明油流和固体绝缘冲突要发作静电是必定的，仅仅量有多少罢了。这叫油流起电。但油流起电不等于“油流带电”。（一般所说的油流带电，实践指的是油流起电后引起油中放电。以下改称油流放电）。油流放电时在油中发作间歇性的电火花，部分放电丈量仪能够收到信号，乃至耳朵能够听到动静。持续的油流放电将引起油中呈现C2H2。此刻应视为一种毛病。需求阐明的是由油流带电开展到油流放电是有条件的。一方面是要有满足的电量，另一方面是要构成放电的通道。例如变压器在工厂的专门实验中，从未发现过油流放电，因为内部是洁净的。单个变压器在运转中发作过油流放电，少开冷却器或将内部整理后就不再放电了。因为油流放电一般发作在绕组下部，该处电位较低，并且一旦发作放电，易于发觉和处理。所以至今虽有多起油流放电的案例，但并没有引起过绝缘事端。假如以为某次作业电压下突发的绝缘事端是油流带电引起的，能够对事端变压器（事端后油未丢失）或同类型变压进行实验验证。假如事前未发现油流放电现象，事后又未经实验验证，就断定事端原因，是缺少依据的。
2.1.4广义受潮。广义受潮说以为运转中变压器内部的水分是运动的，不停地搬迁和集积，在高电场区域集积必定水分之后，便在正常作业电压爆发绝缘事端。
2.2水分对油绝缘的损害性
2.2.1变压器内水分的动态特性。变压器内部的水分有两种存在情况，一种是受捆绑的，一种是自在的。溶解于油中的水分能够随油活动而运动，称之为自在水。物理性吸附于固体绝缘和金属外表的水分，能够承随溶解到油中成为自在水，称之为准自在水。纸绝缘中准自在水含量以%计，而油中自在水以PPM计。准自在水的含量比自在水要大。例如，设纸绝缘与油的份额为1比10，当纸绝缘中准自在水为0.5%，油中自在水为10mg/L，准自在水比自在水就要多50倍。
油中自在水的含量随温度的升高而添加，纸中准自在水的含量则随温度的升高而下降。变压器在运转中纸绝缘和油中的水分不停地在进行交流。
变压器在运转中油在不停地循环，变压器内的电场和温度场是不均匀的。在高电场处和低温处简单集积水分。因而跟着变压器运转时刻的延伸，水分在绝缘上的散布越来越不均匀，致使构成水分的部分集积。
水分部分集积的程度首要与含水量有关，关于既定的含水量，则取决于水分的吸引力和分散力的比赛。温度对水分的集积有遣散效果，而电场强度、纸纤维的极性对水分有显着的吸引力。所以，关于自在水和准自在水含量高的变压器，水分或许在高电场区域部分集积到足以引起绝缘事端的程度。
2.2.2关于受潮的形状与放电的开展进程。一般在见到侵入变压器内部的水分才以为是受潮，这是狭义的受潮概念。从广义受潮的方法动身，变压器实践受潮形状，可分为两类：
①显性受潮：显性受潮是指一般所说的“变压器受潮”。即看到油箱底部或器身上有积水，并且发现水分侵略的原因或途径。
显性受潮进入变压器的水量一般都比较多，假如直接沉积在油箱底部，暂时对绝缘并无损害；但当水分淋到器身上，部分绝缘被浸泡透，则必定导致绝缘击穿。这种情况下的绝缘击穿机理归于热击穿，即在部分绝缘中流过传导电流，焦尔热使纸绝缘炭化后开展成贯穿性放电。因而不只绝缘烧坏，并且导体或许发作熔化。这种事端的典型案例层出不穷，在剖析变压器的绝缘事端时很简单获得一致。这是一种“初级的受潮事端”，现在现已越来越少。
②隐性受潮：“隐性受潮”是指事端前并未发作水分侵略，仅仅原有水分悄悄地在绝缘上部分集积。水分集积到足以发作部分放电时，先开端部分放电。部分放电发作气体，使放电进一步开展。但气体的发作和分散是一个动态进程。当产气量大于分散量，部分放电持续进行，很快开展成贯穿性击穿。假如产气量小于分散量，则部分放电暂时停歇，待水分再次集聚，或挑选其他途径再次发作部分放电。其间歇的时刻因放电部位的情况不同而不同很大，有的乃至能够停歇几年。沿纸板的枝状放电是这种放电形状的典型。关于部分放电开展空间有限的场合，例如匝间绝缘下部与垫块间的油角中集积水分，一旦发作部分放电，很快导致匝绝缘或段间（饼间）绝缘击穿，构成突发性绝缘事端。前者运用恰当的线检测技能，有或许发觉和防护突发事端。但关于后者，有必要采纳活跃的防护方法，防止自在水的部分集积。
3.防备方法
防止变压器在正常作业电压下的绝缘事端，一是要限止自在水和准自在水的含量，二是限止自在水的部分集积。从制作、装置、检修和运转4个环节都应采纳相应方法。
3.1制作方法
规划变压器的内绝缘结构，力求作业场强均匀散布，并且尽或许的低。例如，匝间作业场强不宜大于2kV/mm。
变压器真空枯燥（最好选用煤油气相枯燥）后，固体绝缘中的含水量应小于0.5%，亦即到达基本上不含自在水的程度。
严厉进行真空泾油。注油时变压器内或许与油触摸的任何部分吸附的水分都应被铲除。注入油的含水量有必要小于10mg/L。请注意10mg/L意味着每m3油带进10g自在水。
3.2装置方法
变压器在装置进程中，不或许不触摸大气，因而绝缘体和金属外表都会吸附大气中的水分，为了使变压器内部的水分康复到出厂时的水平，变压器装置后有必要严厉进行真空枯燥和真空注油。关键如下：
·用于抽真空的真空体系（包含真空泵、管道、阀门和表计）的极限真空度有必要小于10Pa。
·一切将与油触摸的绝缘体和金属外表（包含片式散热器）或其他固体外表（例如下瓷套）均要在抽真空的规模之内。
·在抽真空的进程中，应随时查看和处理渗漏。当真空度到达实践或许的最高水平（对对最高水平的最低要求不该小于133Pa）后，有必要在真空泵持续运转的条件下坚持此真空度。（简称动态坚持）
·真空的动态坚持时刻应不少于水分进入时刻。进入时刻是指开端与大气触摸到与大气阻隔的全进程时刻。这进程包含打开封板，进行排油或排氮气（或枯燥空气）时直接进入大气的时刻，还包含在油箱内封存大气的时刻。
器身在大气中露出后，不必抽真空的方法铲除外表吸附水分，而就注油或打入氮气（或枯燥空气），不只不能起到铲除水分的效果，并且是将外表水分往深层赶，为常温下进行真空脱水添加了困难。
在动态坚持真空度的条件下，用真空滤油机注入合格的油。油中含水量应小于10mg/L。假如注入油的含水量较高，使用热油循环的方法来下降油中水分，其成果是大部分的水分被纸绝吸收，添加了纸绝缘的含水量。
3.3检修方法
当发现变压器内的水分比刚投运时有显着增多时，应看作特别重要的情况目标，有必要作为情况检修的首要意图。检修时用真空枯燥和真空注油的方法来铲除水分，其关键与装置时的相同。但因为新变压器仅仅外表吸附水分，而运转中变压器的水分或许浸透到深层。因而真空的动态坚持时刻应不少于水分的渗出时刻。水分渗出时刻是指绝缘深层的水分浸透到外表所需的时刻。因为变压器运作时代越久，不只水分的含量越多，并且向内浸透越深，因而水分浸透出时刻也就越长。详细到某一台变压器水分的渗出时刻为多长，事先是欠好确认的。只能一是依托真空枯燥进程中真空度的改变进程来判别，二是依托真空注油后的绝缘功能实验成果来剖析。例如，真空度迟迟达不到极限值，阐明水分在缓慢渗出。又如真空注油后的绕组绝缘电阻和bgδ还不如检修曾经，阐明真空枯燥的时刻未超越水分的渗出时刻，需求从头真空枯燥和真空注油。
3.4运转保护方法
运转中的变压器（包含电容型油纸绝缘套管）应坚持紧密的关闭，防止大气中的水分和气体浸透入内。不论是油—气渗漏或气—气渗漏，都有一个相互浸透的进程。应把渗漏问题看作是影响绝缘安全性的重要因素。
