降低变压器局部放电量的措施

1降低变压器局部放电量的措施前言越来越多的电厂、电站、电力公司等供电部门，在订购变压器产品时，对局部放电量提出严格的要求，不但标准有要求的220kV以上级要求减少局部放电量，而标准无要求的110kV级产品，也提出300PC、200PC、100PC甚至更小的局放量要求，因此，如何满足客户要求，降低变压器的局部放电量是制造厂必须认真解决的课题。已挂网运行的变压器，每年均有相当数量的110~220kV产品退出电网停运，在运行故障和返回制造厂检修的诸多事例分析中，使用户和制造厂都建立了这样一种认识：局部放电量是变压器正常工作电压下引发事故和停运的主要原因，尽管在影响程度或具有决定意义的东西，究竟是局部放电大小、频次，还是发生的部位仍需研究探讨，但消除局部量是大家共同追求的目标。局部放电量是对制造厂设计、工艺的综合考核，必将成为企业技术水平、产品制造水平的重要标志，对产品局部放电的彻底解决，必将在竞争激烈的今天，使企业立于不败，并且将企业带入无限生机的明天。一、关于绝缘的破坏1．绝缘强度绝缘强度是变压器产品运行的基础，变压器通过一定的绝缘结构形成绝缘强度，保证产品的变电功能，并承受系统可能出现的各种过电压。绝缘结构由各种不同形状的绝缘物构成，这些绝缘物都承受所在位置的电场强度，一旦绝缘物的绝缘性能破坏，则承受不了电场强度，将造成变压器的故障。2．绝缘物的破坏从传统观点来讲，造成绝缘物的破坏，有两个原因，即电击穿或热击穿。电击穿是指在电场作用下，绝缘物产生自由电子，由于自由电子运动功能的增大，而造成绝缘物的贯穿性放电击穿。热击穿是指绝缘物随所在环境温度升高而自身温度升高，介损增大，泄漏电流作用又使绝缘物温度再升高，造成绝缘物老化，损坏或烧焦。为了防止击穿的发生，企业的工程师们，都进行精心设计，通过确定绝缘水平，设计绝缘结构、导线绝缘、绕组形式、引线布置、合适的电流密度及磁通密度，设置一定的油道及冷却系统使变压器的绝缘强度得到保证。然而，大量的运行故障显示，许多贯穿性击穿，在结构上发现不了设计上的疏漏，甚至有些故障，尽管绝缘物有某种程度损坏，但并没有击穿，仅有特征气体的异常，由此可知，引起绝缘破坏还有另一种原因，就是局部放电，而且，存在更为普遍。通常电气绝缘的破坏是从局部放电开始的，这就是我们讲座降低局部放电的目的。3．局部放电故名思意，局部放电是发生在变压器内部绝缘局部位置的放电，即绝缘搭桥，因放电处于局部位置，并不直接构成内部绝缘的贯穿性击穿。这种放电的危害很大：（1）导致电击穿：放电点直接轰击所在位置的绝缘，这种放电连续地、长期地发生，必将导致此处绝缘的最终击穿。（2）热击穿：局部放电产生热量，或许有腐蚀性气体，使临近绝缘热老化或腐蚀变质，由连续放电日积月累的结果，则绝缘烧损或失效造成击穿。4．引发局部放电的原因2在变压器内部，那些电场不均匀和电场畸变的部位，要引发局部放电，除了设计上考虑不周密，最普通的因素是制造不精心造成的。如果不考虑绝缘距离，主要因素有：（1）零部件结构尖角、毛刺，造成电场畸变，放电起始电压降低；（2）异物和粉尘，引起电场集中在外电场作用下要发生电晕放电或击穿放电；（3）水分和气泡，因水气介电系数低，场强高则发生放电；（4）悬浮及接触不良，可形成电场集中或产生火花放电。要降低变压器局部放电量，在制造上，要从解决上述四个因素入手，总的原则是不带入、不产生、不残留。二、宏观条件的改善1．防尘控制前述四个因素中，异物和粉尘的防范是重中之中，试验证明，φ1.5以上的金属颗粒，在电场作用下，12.5kV/CM，就会产生远大于500PC的放电量；各种粉尘，无论是金属的或非金属的存在绝缘结构中，都有会产生电场集中，使这里的起始电压降低，击穿电压降低，因此，变压器制造全过程保持洁净是非常重要的，要实施防尘控制。（1）建立防尘控制区：按制造过程可能受粉尘影响的程度分级控制。例如：平整导线、导线包纸、线圈绕制、线圈套装、铁芯迭积、绝缘件制造、器身装配、引线装配、器身整理绝缘不许异物残留和粉尘进入，要实施一级管理。变压器油箱、总装配可实施二级防尘管理。铁芯片剪切、铁芯预迭实施三级管理。变压器油箱制造过程需控制焊缝飞溅不残留工件中，过程中可不进行防尘管理，但油箱涂漆后必须进行内外除尘，送总装进入二级管理。器身在变压器产品上十分重要，要格外关注，最好在净化室中进行器身、引线装配和烘燥后的器身整理。（2）地面油漆：防尘控制区域，地面要油漆，因为油漆不起灰，有灰散落能发现即时清除。其它任何地面都可能起灰，更不要说还存在落灰看不见的问题。（3）吊具、工装：在防尘控制区域的吊车轨道要有接灰尘装置，定期清扫。在防尘控制区域使用的吊绳，交接处要有保护套，吊梁、吊绳相接处有保护层。在防尘控制区域使用的工装均要外表涂鲜亮油漆如白色、黄色、天兰色。以便于保持洁净，即时发现掉漆、生锈等。全部使用吸尘器进行产品的除尘。（4）防尘区管理：真正的防尘，不但要有防尘控制区，更在于防尘区的管理，例如厂房的封装、门窗管理、尘埃降落量控制，车辆进入、违禁作业控制等。2．绝缘件的集中加工绝缘件最忌金属粉尘，一些企业，绝缘件同金工件一样在同一车间加工，在同一机床加工，工件混放，同库同位保管等，这样绝缘件有沾染上金属粉尘的可能，而一旦绝缘件有金属粉尘附着，纸板的网格表面要想清除几乎是不可能的。因3此，有必要在绝缘车间设置一个机械加工区域。该区域应注意与其它区域的粉尘隔离。设置专门加工区域的另一原因是制造周期和水分管理的需要。例如层压件的水分管理关系到产品的绝缘性能，由于厚层水分很难彻底清除，要求压制后尽短时间内机加成型，所以只有一个车间内能够得到控制。3．自制绝缘筒及绝缘件稳定化处理在绝缘筒上绕制线圈是防止线圈不圆、减少装配间隙、增强抗短路能力及方便整体套装的有效措施，但这种绕线方式对降低局部放有所贡献。（1）在绕制模上直接绕制线圈，防止松散，往往线圈成多边形，档间导线近似平直，不但实际绝缘距离减少，而且这种线圈脱模极易造成内部导线的绝缘破损。（2）在线模上直接绕制，则模具与线圈线匝间没有任何屏障，旋转的线模使空气中的粉尘可进入并夹于导线间。采用绝缘筒绕制，这两个缺陷均不存在。稳定化处理是对绝缘筒，油隙撑条等防止吸潮变形所采限的措施。这些绝缘物吸潮，均存在粘接部的水分清除问题，如果清除不彻底，则因粘接剂介电常数高，水气介电系数低，在油隙中发生放电。自制绝缘筒需要下料机、斜面加工机、滚圆机、粘合压熟设备等。稳定化处理需干燥、浸油设施。4．绝缘件干燥设备及保温存放层压件和绝缘筒均需制造过程中干燥，对绝缘筒、油隙撑条干燥目的如前述在于稳定化，而线圈压板、座板、器身上下支撑块制造均需在压制前对下料纸圈或成型料进行预干燥，这种预干燥的目的在于，通过干燥脱水：（1）使纸板含水率降至1%及以下，避免压制中脱水不净，使纸压圈等在器身或线圈在各次烘燥中因脱水率不均造成内应力而发生开裂。（2）厚纸板例如压板等在次干燥中也很难清除水分，因此，在产品上由于运行温度升高，水分汽化游离可能发生放电，所以要预烘先行脱水。5．采用优质合金刀具进行硅钢片加工变压器铁芯片通过纵剪、横剪剪切成形。这些剪切切口，都存在不同程度的毛刺，毛刺不但能引起片间短路，内部形成环流，增大变压器空载损耗，而且毛刺也增大铁芯厚，实际上减少了迭片，增加磁密。更为恶劣的是毛刺可能随时掉落，迭片、插上轭、运行中震动等都会有毛刺掉落器身上发生放电，既使是落在箱底，也可能在一定电场作用下，有序排列，造成地电位放电。故要务使铁芯毛刺越小越好。110kV产品铁芯片不大于0.03，220kV及以上产品，铁芯片毛刺≤0.02。这就需要耐磨性好高硬度的硅钢片剪刀，可采用YG15，YG20硬质合金及大功率碳化钨（钢结硬质合金）制做圆剪刀和横剪刀（片），再有需要高精度的剪切设备，会取得很好的结果。6．实施线圈绝缘的整体套装整体套装技术是把每相（柱）的所有线圈及绝缘件，先组装到一起，然后要直接套到铁芯上大型变压器装配技术。优点是：单柱各线圈保证压紧、装配紧凑、三柱线圈高度可一致，从而结构抗短路强度好、线圈震动小、燥声小。对降低局部放电的好处在于：（1）对单体线圈而言，经过三次干燥（单线圈、整相线圈、器身），水分清除彻底（更易得到理想尺寸）。4（2）对线圈的绝缘压板、座板来说，本来因其过厚不易干燥得透，由于整体套装增加了一次干燥，加上后续器身干燥，能使其干燥得彻底，因水气而引发放电可能性小了。（3）套装线圈在装配期间较单个线圈受粉尘污染小，而器身装配时，整体套装时间短大大减少粉尘散落机会，也减少了再吸潮的机会。7．实施引线的冷压接这是一项直接降低局部放电量的措施，要使局放降致300PC以下，必须实施冷压接。因为铜焊时，要产生大大小小的焊珠飞溅，散落器身、绝缘件中是普遍现象；而焊头处理还要产生粉尘，粉尘的散落，夹于导线的绝缘中几乎一定要有；此外其焊接加热要用含水石棉绳隔热，这水份要进入绝缘，包扎后水分清除很困难。因为焊珠遗留、粉尘溅落，水分残存都是造成局部放电的因素，所以采用没有这些缺撼的冷压接势在必行。冷压接需要压机、压钳、各种压模及连接端子。8．汽相干燥及终点判断器身要进行真空干燥，目的是除去绝缘物中的水分，保证绝缘强度和使用寿命。汽相干燥是现阶段真空干燥的最佳方式，更有效的降低局放还有下述几点：（1）因干燥的热载体为煤油蒸汽，其无孔不入，又可在冷凝时放出大量热量加热器身，又因汽相干燥无氧气的存在绝缘物解聚程度小，可提高干燥温度，因些干燥效果好，除水更彻底。（2）煤油气冷凝后起到冲洗器身作用，线圈器身可“一尘不染”。为了减少绝缘物的的解聚作用，同时缩短干燥时间，在汽相干燥的加热阶段可引入中间降压，根据绝缘物量大小，产品电压高低，决定降压次数，110kV级以上产品可取2-5次中间降压程序，时机在解聚作用大、出水量多的时间，并保证高真空时温度。器身处理的终点判断是高压变压器制造的重要环节，直接关系到产品质量，过早终止干燥，绝缘物可因含水，可加速产品运行中的绝缘老化，甚至试验中出现局部放电或绝缘击穿，过晚则浪费能源。其终点判断标准为：（1）绝缘物含湿量：500kV0.3%、220kV0.5%、110kV0.7%；（2）绝缘物脱水率rS，是重要判定参数；（3）真空值：是必要条件，但无决定意义。关于绝缘物含湿量测量，可用两种方法：（1）采用水蒸汽分压测量仪（VZ-402），再换算成含水率（即绝缘件湿度）。（2）采用露点测试议，测出露点，再查出水蒸汽分压，根据湿度得出含水率。9．总装配的产品环境及器身真空后的脱湿器身真空干燥后，装箱前要进行器身整理，产品越大，结构越南复杂，整理时间也越长。器身整理、器身压紧、紧固件的紧固都在器身裸露状态进行，会发生吸潮及粉尘散落，因些要在防尘区净化室进行，整理时超过8h，要进行再干燥。整理结束进入下箱、扣盖、外装套管、内部接线等工序，器身仍然全裸，要在工作场所吸潮，有必要在这个过程中通过干燥空气（利用空气干燥机）到油箱中，延缓器身的吸潮。即使如此，到注油前这段时间，器身外表绝缘已严重吸湿，并向内扩散，许多企业，不但没有采取前述措施，而对实际的真空吸湿没有认识，进行注油。这是我5们变压器制造的一个误区。对这段吸湿要进行脱湿，这是保证高电压产品绝缘强度的重要举措，采取脱湿方法是进行产品抽真空，根据器身温度、含水量标准确定抽真空度，根据出炉时间、环境温度、湿度确定抽真空的时间。10.真空注油及热油循环真空注油的目的在于通过对变压器抽真空，消除产品绝缘结构中的死角，彻底排出空气，然后在真空状态下，注入变压器油，使器身完全浸透。注油后的变压器要至少静放72内才能进行试验，这是因为绝缘材料的浸透程度与绝缘材料的厚度、绝缘油温度、浸渍时间有关。例如30×200×200，中心孔φ10的层压纸板，20℃常温浸油需80多小时浸透，90℃时，16小时浸透，而浸透程度越好，放电要可能性越小，因此一定要有充分的静放。热油循环是大型高电压变压器彻底清除水分的必须环节，是保证绝缘结构通过试验的补充措施，尽管效果甚微。但热油循环还有另一个目的，这是一