大型電力變壓器絕緣事故的分析與預(yù)防

摘要：主要介紹大型電力變壓器由于絕緣配合故障而影響其安全運(yùn)行，以及對絕緣事故的分析與預(yù)防。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；絕緣事故；預(yù)防

1概述

變壓器的安全運(yùn)行受到絕緣事故的威脅，因此，在變壓器的制造、安裝、檢修和運(yùn)行過程中，對變壓器絕緣系統(tǒng)的安全十分重視。本文著重分析引起變壓器絕緣事故的原因以及對絕緣事故的預(yù)防。

2絕緣事故產(chǎn)生的原因

21絕緣事故概述

變壓器的絕緣系統(tǒng)是一個(gè)絕緣配合問題。合理的絕緣配合是指變壓器絕緣的耐受電場強(qiáng)度（以下簡稱“場強(qiáng)）大于其受到的作用場強(qiáng)，并有一定的裕度。當(dāng)絕緣配合受到破壞，便引起絕緣事故的發(fā)生。 22作用場強(qiáng)失控引起的絕緣事故

1）長期工作電壓

長期工作電壓失控的問題是不存在的，但這不等于作用場強(qiáng)不失控。因?yàn)樵谝欢ǖ碾妷合?，如果發(fā)生電場畸變，作用場強(qiáng)就會發(fā)生變化，引起電場畸變的原因有金屬導(dǎo)體懸浮、導(dǎo)體上有尖角毛刺以及導(dǎo)電塵埃的積集等。例如：高壓套管均壓球安裝時(shí)未擰緊或在運(yùn)行中振松，就形成了懸浮導(dǎo)體，產(chǎn)生足以使油隙擊穿的作用場強(qiáng)，引起局部放電和使變壓器油分解出乙炔。

2）暫時(shí)過電壓 工頻電壓短時(shí)升高或諧振過電壓統(tǒng)稱暫時(shí)過電壓。當(dāng)工頻電壓升高超過設(shè)計(jì)值時(shí)，便可能發(fā)生鐵心的過激磁。在過激磁的狀況下，一方面激磁電流的數(shù)值迅速增大，另一方面激磁電流中的諧波分量迅速增多。過激磁的倍數(shù)越大，則越嚴(yán)重。其后果是造成靠近鐵心線圈的導(dǎo)體局部過熱，引起匝間絕緣擊穿。國外文獻(xiàn)多次報(bào)導(dǎo)過此類事故。

3）操作過電壓

電壓等級超過220kV的變壓器對操作過電壓采取了有效的保護(hù)措施，所以至今未發(fā)現(xiàn)在操作過電壓下的破壞事故。220kV及以下變壓器的操作過電壓的作用場強(qiáng)有失控的可能性，足以引發(fā)事故。例如：在空載合閘時(shí)發(fā)生線圈匝間或?qū)娱g短路；在切低壓側(cè)補(bǔ)償電容器時(shí)，引起低壓引線對油箱放電；多次不同期合閘時(shí)，引起高壓套管端部相間擊穿。

4）雷電過電壓

變壓器高壓側(cè)的防雷保護(hù)比較健全，一般比較安全。但有些變壓器的中、低壓側(cè)的耐雷水平較低，導(dǎo)致雷擊損壞變壓器的事故時(shí)有發(fā)生。如：220kV變壓器，低壓35kV側(cè)發(fā)生過多次雷擊損壞事故；110kV三繞組變壓器的中壓35kV側(cè)或低壓10kV側(cè)也發(fā)過生雷擊損壞事故。

23耐受場強(qiáng)下降引起的絕緣事故

耐受場強(qiáng)下降是指變壓器在運(yùn)行中由于受到污染而使絕緣處于非正常狀態(tài)。引起污染的原因很復(fù)雜，常見的有以下3種：

1）絕緣受潮

正常的油紙絕緣耐受場強(qiáng)很高，在正常運(yùn)行電壓下，匝絕緣是不可能發(fā)生擊穿事故的；但是實(shí)際情況是，變壓器繞組絕緣事故由匝絕緣事故引起的可能性占到所有絕緣事故的80％～90％，其原因是油紙絕緣對水有極大的親和力，其受潮后絕緣強(qiáng)度會直線下降。

一般的變壓器在出廠前已做了絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)，因此絕緣強(qiáng)度達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。但是，在運(yùn)輸過程中或待安裝過程中，就不能保證絕緣不受到破壞。所以，在變壓器安裝之前，一般都要進(jìn)行吊芯檢查。吊芯前天氣須為晴天，相對濕度小于65％，器身溫度要高于周圍環(huán)境溫度10℃。變壓器油的絕緣應(yīng)符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1變壓器油的絕緣標(biāo)準(zhǔn)擊穿電壓/kV微水含量/ppm90℃時(shí)介損tanδ/％
≥55≤10≤0.5
由于吊芯過程中器身絕緣表面受潮，為驅(qū)除潮氣，必須利用真空濾油機(jī)進(jìn)行熱油循環(huán)。在熱油循環(huán)過程中油加熱時(shí)脫水缸溫度控制在70～75℃，油箱溫度應(yīng)>50℃，熱油循環(huán)連續(xù)時(shí)間以24h為宜，如果達(dá)不到要求，必須延長熱油循環(huán)時(shí)間。在嚴(yán)寒的冬季，為了提高熱油循環(huán)的效率，必要時(shí)，須對變壓器器身采取必要的“保溫”措施，防止變壓器器身溫度由于外界環(huán)境溫度過低而降低。

絕緣受潮事故可分為突發(fā)性受潮事故和漸變性受潮事故。

突發(fā)性受潮事故是指潑進(jìn)水或吸進(jìn)水引起的事故，有以下幾種情況：套管“將軍帽”密封不嚴(yán)，吸進(jìn)的水分沿高壓出線滲到線圈上，引起中部進(jìn)線的高壓線圈匝間短路；抽真空時(shí)將水打到線圈上，引起高壓線圈燒毀；水冷卻器漏水，引起線圈燒毀；油箱頂蓋上的鐵心接地套管或定位釘膠墊密封不嚴(yán)，進(jìn)入水分引起線圈燒毀；套管均壓球內(nèi)積水，安裝時(shí)將水傾倒到線圈上，引起高壓線圈燒毀；變壓器在帶油運(yùn)輸中受潮，安裝時(shí)未發(fā)現(xiàn)，投運(yùn)后線圈燒毀；注油前未將進(jìn)油管內(nèi)的積水沖洗掉，且從上部進(jìn)油，水混在油中淋到器身上，引起絕緣擊穿；儲油柜內(nèi)積水，補(bǔ)油時(shí)將水沖到線圈上，引起線圈燒毀。 漸變性受潮事故是指絕緣整體受潮，隨著油的循環(huán)，水分在絕緣中局部累積到一定程度后，引起的絕緣事故。如：水分沿圍屏內(nèi)油道集積，引起圍屏樹枝狀放電；在電場最大處的匝間殘留了硅膠，硅膠吸水后傳給匝絕緣，使匝絕緣局部受潮，引起匝間短路。

總之，分析正常工作電壓下的絕緣事故時(shí)，首先要考慮有沒有絕緣受潮。因?yàn)檎９ぷ麟妷合碌慕^緣裕度很大，除水分以外，很少有其它破壞絕緣的因素存在，能將絕緣的耐受強(qiáng)度下降到耐不住正常工作電壓的強(qiáng)度。

2）金屬異物

變壓器器身上如殘留金屬導(dǎo)體，由于產(chǎn)生局部放電或?qū)⒔^緣磨損，在發(fā)生過電壓時(shí)或正常的工作電壓下就有可能引起絕緣擊穿損壞；但自上世紀(jì)80年代以后的變壓器發(fā)生這類事故的可能性不大，因?yàn)樯a(chǎn)廠家和現(xiàn)場都開展了局部放電試驗(yàn)，對檢出金屬異物是很有效的。

3）塵埃微粒

塵埃微粒包括導(dǎo)電性微粒、半導(dǎo)電性微粒、導(dǎo)磁性微粒、絕緣纖維及紙屑等。

導(dǎo)電性、半導(dǎo)電性微粒（銅末、鋁末、碳末等）在電場作用下會沿電力線排列，使電場畸變，因而引發(fā)放電事故或發(fā)生油流帶電現(xiàn)象。

導(dǎo)磁性微粒（鐵末）在磁場作用下會沿磁力線排列，排列后容易引起鐵芯多點(diǎn)接地故障。這種類型的故障，可以用沖擊電流法將其沖散；但變壓器恢復(fù)運(yùn)行后不久，可能再次發(fā)生接地。再有，纖維在油中漂移，容易吸收水分，當(dāng)漂移到裸導(dǎo)體電極之間時(shí)，形成“易擊穿點(diǎn)”，激發(fā)低壓引線之間的擊穿放電。這種放電過后，如果導(dǎo)體燒損不嚴(yán)重，可以恢復(fù)送電，但恢復(fù)送電后要多觀察變壓器在運(yùn)行中有無異?，F(xiàn)象。 3預(yù)防絕緣事故的措施

預(yù)防絕緣事故的根本措施，從制造來說，是要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)；從安裝和檢修來說，要嚴(yán)格執(zhí)行安裝檢修規(guī)范；從運(yùn)行來說，要嚴(yán)格保證運(yùn)行在額定工況條件下。一般來說，變壓器通過出廠和交接試驗(yàn)證明絕緣良好，在運(yùn)行中又得到良好的維護(hù)，其絕緣是不可能損壞的。相反，如果變壓器的密閉性遭到破壞，器身受到污染，則制造質(zhì)量再好的變壓器也可能損壞。