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智能伺服变压器:干式变压器局部放电的原因分析及控制措施

2018-10-23 10:49:14 德州信平电子有限公司 阅读

一、产生局部放电的原因


由于变压器中的绝缘体、金属体等常会带有一些尖角、毛刺,致使电荷在电场强度的作用下,会集中于尖角或毛刺的位置上,从而导致变压器局部放电因为在高电场强度作用下,电荷容量集中到尖角的地方,从而引起放电。


环氧树脂浇注绝缘干式变压器在真空浇注时,如工艺控制不好也会造成内部有气泡而产生局部放电,环氧树脂绝缘体中一般情况下都存在一些微小空气间隙,通常气泡的介电系数要比绝缘体低很多,从而导致了绝缘体中气泡所承受的电场强度要远远高于和其相邻的绝缘材料,很容易达到被击穿的程度,使气泡先发生放电。


如果导电体相互之间电气连接不良也容易产生放电情况,该种情况在金属悬浮电位中最为严重。


空气湿度太大,变身部分区域绝缘强度不够,或安装时变压器绝缘有损坏;变压器闲置时间太长,绝缘材料含水量超标,器身整体受潮,也会影响局放量。


干式变压器绝缘结构在设计时层间或匝的场强过高,如绝缘结构设计不合理等; 选择绝缘材料质量问题如果不是符合要求的伪质材料;绕线和烘燥及浇注工艺水平不到位;装配工艺水平装配得不好,如高低压引线的制作有毛刺或距离等都会影响局放量增大。


二、局部放电的危害


局部分那个点有多种放电类型。其中一种是发生在绝缘表面的局部放电形式。若能量较大,在绝缘体表面留下放电痕迹时,则影响试验变压器的寿命。还有一种是放电强度较高,发生在气穴或尖角电极上,集中在少数几点的局部放电形式为腐蚀性放电。此放电能深入到绝缘纸板的层间和深处,最终导致击穿。


局部放电是引起绝缘老化并导致击穿的主要原因。短时间的放电不会造成整个通道的介质受损,而且放电的电解作用使绝缘加速氧化,并腐蚀绝缘,从而降低了试验变压器的寿命。其损坏程度,取决于放电性能和放电作用下绝缘的破坏机理。如干式变压器局放量严重超标其使用寿命一般在3——5年内出现内部绝缘老化而击穿烧毁。所有我国对干式变压器局部放电量要严格要求控制。


干式变压器局部放电的原因分析及控制措施


三、干式变压器局放的控制


干式变压器主绝缘材料是以环氧树脂材料,安全性可靠,在35kV以下的电力系统中产品得到广泛的采用。影响干式变压器局部放电的因素很多,其中主要的几点因素有产品原材料的选择、产品结构设计、绕组浇注工艺等。针对我们公司通过长期的设计调整、工艺改进、材料选择以及生产的实践提出以下控制措施。


1、绕组结构设计


①主绝缘距离,在对变压器绕组进行设计时,应确保和考虑到高低压线圈间、高压线圈相间之间、高压线圈对地拥有足够的绝缘距离,在条件允许的情况下,绝缘距离越大越好,距离越大场强越小。还有高压线圈内壁绝缘可适当增加可有效地降低外部场强。


②高压线圈层间及段间设计,高压线圈层间和段间是控制整个线圈场强,若是高压绕组采用分段式铜箔绕制,层间电压就等于匝间电压,一般仅为10——20伏、而分段式电磁线结构的线圈层间电压可达400——800伏,段数尽量多一点,如35kV的干式变压器段数可取16——18段以上,当然这给绕线工艺带来很烦锁。


③屏蔽控制,采用有效的高低基础教育 屏蔽,可以使尖角、毛刺及气隙均包在屏蔽层内,能有效地排除尖端和气隙放电,减少局放量,高压屏蔽与高压出线端之间、低压屏蔽与夹件之间应可靠连接,屏蔽处理过程中应注意清洁、屏蔽层应平整无破损无尖端等。


2、线圈的绕制、装模及真空浇注工艺控制


干式变压器的线圈是最关键的,变压器使用好坏都线圈先发生故障。真空浇注的好坏对局放的影响也至关重要,哪怕是微小的气孔都影响到变压器的局放,因此线圈的制作和浇注的工艺必须严格控制。


①在绕制线圈时必须熟悉图纸和工艺,不能随意更改层间的匝数和层间的绝缘张数!绕制时必须保证所的材料清洁。


②装模引线端子焊接时,注意高温破坏线圈的绝缘,焊接好的线必须打磨尖角毛刺等。所有引线之间保证有足够的绝缘距离让环氧树脂填充,整个装配过程保持清洁。装好的带模线圈严格按干燥工艺执行烘燥。


③环氧树脂配料与脱气,配料过程中应严格遵守工艺守则,如材料的配比、温度及脱气的时间,整个过程度中应密切跟踪各自的粘度、真空度、温度及气泡现象,混料灌的温度及真空度时时观察,线圈(模具)温度控制在指定的工艺范围内,在浇注过程中速度不宜过快而产生气泡,动态浇注时应注意配料后到浇注完成的时间,防止树脂粘度过大。


3、原材料的选择与控制


①电磁线的选择,可选用漆包线绝缘扁铜或圆铜线设计绕制;电磁线要求供应商在生产时,必须有专门去毛刺设备和检测装置,力求将毛刺减少到最小程度。


②环氧树脂材料的选择,不同的环氧树脂,其特性也各有不同,对产品的局放、综合性能的影响也很大,应选择粘度小,韧性好、绝缘强度高的树脂,什对不同的树脂型号,技术部门要制定相应工艺规范。


③线圈中的绝缘材料控制,干式变压器 的层间绝缘材料质量的优劣直接关系到局放量的大小。所以应选择长期稳定的供应商提供原材料,因为在换新材料后,变压器在短期内发现不了什么问题。


四、干式变压器局放试验


1、局部放电的波形分析


检测阻抗Zm上的电压(即检测信号)是相当小的,必须经过放大才能使仪器上有明显的指示。经放大器放大后的脉冲信号的峰值可由示波器测量,除此之外,示波器上还可以看出放电发生在工频的什么相位,测定脉冲波形和放电次数,观察整个局部放电的特征。以确定放电的大致部位和性质。示波器可用水平扫描和椭圆扫描。水平扫描时全屏偏转相当于一个周期,并与试验电压同步,以确定脉冲的相位。椭圆扫描也是每扫一周相当于试验电压一个周期。


干式变压器局部放电的原因分析及控制措施

图1-为两种扫描时屏上波形的示意图。


在局部放电试验时,除绝缘内部可能产生局部放电外,引线的联接,电接触以及日光灯,高压电极的电晕等,也可能会影响局部放电的波形。为此,要区别绝缘内部的局部放电与其他干扰的波形,图1-2就是几种典型的波形。


干式变压器局部放电的原因分析及控制措施


2、局部放电的图谱识别


图1-3为不同类型的局部放电示波图,示波图是在接近起始电压时得到的。


其中图(a)、(b)、(c)、(d)为局部放电的基本图谱,(e)、(f)、(g)为干扰波的基本图谱。


干式变压器局部放电的原因分析及控制措施


(a)中,绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙,放电脉冲叠加于正与负峰之间的位置,对称的两边脉冲幅值及频率基本相等。但有时上下幅值的不对称度 3:1仍属正常。放电量与试验电压的关系是起始放电后,放电量增至某一水平时,随试验电压上升放电量保持不变。熄灭电压基本相等或略低于起始电压。


(b)中,绝缘结构内含有各种不同尺寸的气隙,多属浇注绝缘结构。放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置,对称的两边脉冲幅值及频率基本相等,但有时上下幅值 的不对称度3:1仍属正常。放电刚开始时,放电脉冲尚能分辨,随后电压上升,某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动,同时会出现幅值较大的脉冲,脉冲分辨 率逐渐下降,直至不能分辨。起始放电后,放电量随电压上升而稳定增长,熄灭电压基本相等或低于起始电压。


(c)中,绝缘结构中仅含有一个气隙位于电极的表面与介质内部气隙的放电响应不同。放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前,两边的幅值不尽对称,幅值大的频率低,幅值小的频率高。两幅值之比通常大于3:1,有时达10:1。总的放电响应能分辨出。放电一旦起始,放电量基本不变,与电压上升无关。熄灭电压等于或略低于起始电压。


(d)中,(1 )一簇不同尺寸的气隙位于电极的表面,但属封闭型;(2 )电极与绝缘介质的表面放电气隙不是封闭的。放电脉冲叠加于电压的止及负峰值之前两边幅值比通常为3:1,有时达10:1。随电压上升,部份脉冲向零位方 向移动。放电起始后,脉冲分辨率尚可;继续升压,分辨率下降直至不能分辨。放电起始后放电皇随电压的上升逐渐增大,熄灭电压等于或略低于起始电压。如电压 持续时间在10 min以后,放电响应会有些变化。


(e)干扰源为针尖对平板或大地的液体介质。较低电压下产生电晕放电,放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰值处。放电源处于高电位;如位于正峰处 放电源处于低电位。这可帮助判断电压的零位,一对脉冲对称的出现在电压正或负峰处、每一簇的放电脉冲时间间隔均各自相等。但两簇的幅值及时间间隔不等,幅 值较小的一簇幅值相等、较密。一簇较大的脉冲起始电压较低,放电量随电压上升增加;一簇较小的脉冲起始电压较高,放电量与电压无关,保持不变;电压上升,脉冲频率密度增加,但尚能分辨;电压再升高,逐渐变得不可分辨。


(f)针尖对平板或大地的气体介质。较低电压下产生电晕放电,放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰处,放电源处于高电位;如位于正峰处,放电源处 于低电位。这可帮助判断电压的零位。起始放电后电压上升,放电量保持不变,惟脉冲密度向两边扩散、放电频率增加,但尚能分辨;电压再升高,放电脉冲频率增 至逐渐不可分辨。


(g)悬浮电位放电。在电场中两悬浮金属物体间,或金属物与大地间产生的放电。


波形有两种情况:1 正负两边脉冲等幅、等间隔及频率相同;2 两边脉冲成对出现,对与对间隔相同,有时会在基线往复移动。起始放电后有3种类型:


(1)放电量保持不变,与电压无关,熄灭电压与起始电压完全相等。


(2)电压继续上升,在某一电压下,放电突然消失。电压继续上升后再下降,会在前一消失电压下再次出现放电。


(3)随电压上升,放电量逐渐减小,放电脉冲随之增加。


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