大型電力變壓器的絕緣事故分析與防范(一)

1、大型電力變壓器的絕緣事故分析與防范 （一 ）摘要 本文通過總結大型電力變壓器的絕緣事故分析， 制定出防范措施， 同時對分析變壓器劣化趨勢及潛伏性缺陷發(fā)現，并探討變壓器的壽命 管理、安全經濟運行及狀態(tài)檢修。關鍵詞 變壓器絕緣事故分析防范1.絕緣事故概況大型電力變壓器的安全穩(wěn)定運行日益受到各界的關注，尤其越來越多 的大容量變壓器進網運行，一量造成變壓器故障，將影響正常生產和 人民的正常生活，而且大型變壓器的停運和修復將帶來很大的經濟損 失，在這種情況下掌握變壓器絕緣受哪些因素影響，會造成變壓器損 壞，對變壓器安全穩(wěn)定運行有一定的好處，使變壓器長期在受控狀態(tài) 下運行，避免造成變壓器損壞，對變壓器安全

2、可靠運行具有一定現實 意義。1.1 變壓器的絕緣事故的分類變壓器的絕緣事故一般分為以下 4 類：1.1.1 繞組絕緣事故：指主絕緣、匝絕緣、段間絕緣、引線絕緣以及端 絕緣等放電、燒損，引起的絕緣事故。1.1.2 套管絕緣事故。指套管內部絕緣放電引起絕緣損壞，甚至瓷套爆 炸。還包括套管外絕緣的沿面放電和空氣間隙的擊穿。1.1.3 分接開關絕緣事故。主要是指由于切換開關油室內油的絕緣強度 嚴重下降，在切換分接時不能滅弧，引起有載分接開關燒毀。另外還有無勵磁分接開關和有載分接開關裸露的導體之間放電，引起相間、 相對地或級間短路的事故。1.1.4 鐵心絕緣事故。指鐵心的硅鋼片對地絕緣損壞 ,引起鐵心多

3、點接 地。另指鐵心的框架連接點間的絕緣損壞，產生環(huán)流引起局部過熱故 障。上述 4 類事故中，繞組絕緣事故的危害最大。1.2 變壓器絕緣事故根本原因 為分析變壓器絕緣事故的根本原因，把作用在絕緣上的電場強度，分 為作用電場強度（簡稱作用場強）和耐受電場強度（簡稱耐受場強） 。 作用場又可分為雷電沖擊作用場強，操作沖擊作用場強和工頻作用場 強。對這三種類型作用場強不同的絕緣成分有各自的耐受場強。但其 共同點是作用場強大于耐受場強，便要出絕緣事故。按作用場強和耐 受場強的抗衡關系可分為 3 種形勢：1.2.1作用場強過高。如 110kV和 220kV降壓變壓器的第三繞組（ 10kV 或 35kV 繞

4、組）在雷擊時出現作用場強高于變壓器本身的正常耐受場強， 引起雷擊損壞的絕緣事故。這種原因的事故每年都有發(fā)生。占總的繞 組絕緣事故比率約為百分之幾。1.2.2 作用場強過高加上耐受場強下降。如有的變壓器在操作時絕緣損 壞，解體檢查發(fā)現，絕緣有受潮現象。雷電沖擊對油紙絕緣中的水分 不如操作沖擊敏感。所以這種原因的事故不多，占總的繞組絕緣事故 的比率約為千分之幾。1.2.3 耐受場強下降。如變壓器正常運行中耐受場強下降，在正常工作 電壓下突然發(fā)生絕緣事故。這類絕緣事故頻繁出現，占總的繞組絕緣 事故的比率已超過 90%。1.3 正常運行的變壓器出現絕緣事故的兩種方式 正常運行的變壓器出現絕緣事故有兩種

5、方式，一種叫突發(fā)式事故。這 種事故的特點是：按現行的預防性規(guī)程進行的預防性試驗合格，其他 在線的監(jiān)測也未發(fā)現事故的預兆。但在正常運行條件下，變壓器內部 突發(fā)絕緣擊穿事故，繼電保護動作跳閘。由于故障能量有大有小，或 繼電保護動作的時間有快有慢，變壓器損壞的嚴重程度大不相同。 另一種叫垂危式故障。這種事故的特點是：預防性試驗的絕緣性能試 驗合格，但從油中溶解氣體的色譜分析發(fā)現乙炔（ C2H2）。經分析確認 與在絕緣部分存在放電有關。于是停電進行測量局部放電量的試驗以 下（簡稱局放試驗）。試驗結果表明放電狀況異常，甚至在試驗中就發(fā) 生貫穿性擊穿。實踐表明將局放試驗和其他試驗結果進行綜合分析， 可以作

6、出正確診斷，解體后可以找到絕緣發(fā)生不可逆損壞的故障點。 2.正常運行的變壓器絕緣事故的原因分析2.1 發(fā)生絕緣事故原因分析 2.1.1制造缺陷。絕緣事故的制造缺陷說，又分 “尖角毛刺 ”說、“金屬異 物”說， “顆粒含量 ”說。以及 “絕緣缺陷 ”說等。所有這些說法，集中到 一點是對放電機理有共識，即認為先發(fā)生局部放電，然后在正常工作 電壓下引起絕緣擊穿事故。早先的老舊變壓器，確實有過上述種種原 因引起正常工作電壓下的絕緣事故，而且事實證明，對放電機理的分 析是符合實際的。但就大型電力變壓器而言，這類變壓器已運行 20 多 年，有問題早應暴露。如果至今尚未暴露，可以證明實際上已不再存 在這類缺

7、陷。上世紀 80年代起， 220kV及以上電壓等級的變壓器都進 行了局放試驗。經驗表明，局放試驗對發(fā)現上述種種缺陷是特別有效 的。因此對于出廠時局放試驗合格的變壓器，尤其是安裝或檢修后還 進行過局放試驗的變壓器，不可能再有在正常工作電壓下就足以引起 絕緣事故的制造缺陷。這正是局放試驗的魔力所在。2.1.2 絕緣老化。我曾經歷幾臺變壓器，由于油道堵塞，匝絕緣局部過 熱，引起在正常工作電壓下的匝絕緣事故。實際上這是過熱事故。油 中氣體色譜分析（簡稱 DGA）對這類事故是能鑒定的。 我國的大型電力變壓器都是全密封結構，運行年代不長，不少長年輕 載。因此一般不存在絕緣老化的問題。如果由于絕緣老化引起絕

8、緣事 故，將有明顯的老化象征。對因絕緣事故解體檢修的多臺變壓器，曾 針對老化程度進行檢查，都沒有從老化現象中找到事故證據。絕緣老 化現象是具體和明顯的，有證據才能成立，否則應排除其可能性。2.1.3 油流帶電。對于強油循環(huán)的大型電力變壓器，在油泵開動的情況 下，測量繞組的電位和泄放電流時。繞組電位高的可達幾千伏，泄放 電流大的超過微安級。 說明油流和固體絕緣摩擦要產生靜電是必然的， 只是量有多少而已。 這叫油流起電。但油流起電不等于 “油流帶電 ”。（通 常所說的油流帶電，實際指的是油流起電后引起油中放電。以下改稱 油流放電）。油流放電時在油中產生間歇性的電火花，局部放電測量儀 可以收到信號，

9、甚至耳朵可以聽到聲響。持續(xù)的油流放電將引起油中 出現 C2H2。此時應視為一種故障。需要說明的是由油流帶電發(fā)展到油 流放電是有條件的。一方面是要有足夠的電量，另一方面是要形成放 電的通道。例如變壓器在工廠的專門試驗中，從未發(fā)現過油流放電， 因為內部是干凈的。個別變壓器在運行中發(fā)生過油流放電，少開冷卻 器或將內部清理后就不再放電了。 由于油流放電一般發(fā)生在繞組下部， 該處電位較低，而且一旦發(fā)生放電，易于發(fā)覺和處理。所以至今雖有 多起油流放電的事例，但并沒有引起過絕緣事故。如果認為某次工作 電壓下突發(fā)的絕緣事故是油流帶電引起的，可以對事故變壓器（事故 后油未流失）或同類型變壓進行試驗驗證。如果事前

10、未發(fā)現油流放電 現象，事后又未經試驗驗證，就判定事故原因，是缺乏根據的。2.1.4 廣義受潮。廣義受潮說認為運行中變壓器內部的水分是運動的， 不停地遷移和集積，在高電場區(qū)域集積一定水分之后，便在正常工作 電壓迸發(fā)絕緣事故。2.2 水分對油絕緣的危害性2.2.1 變壓器內水分的動態(tài)特性。變壓器內部的水分有兩種存在狀態(tài)， 一種是受束縛的，一種是自由的。溶解于油中的水分可以隨油流動而 運動，稱之為自由水。物理性吸附于固體絕緣和金屬表面的水分，可 以承隨溶解到油中成為自由水，稱之為準自由水。紙絕緣中準自由水 含量以 %計，而油中自由水以 PPM計。準自由水的含量比自由水要大 例如，設紙絕緣與油的比例為 1 比 10，當紙絕緣中準自由水為 0.5%， 油中自由水為 10mg/L，準自由水比自由水就要多 50 倍。油中自由水的含量隨溫度的升高而增加，紙中準自由水的含量則隨溫 度的升高而下降。變壓器在運行中紙絕緣和油中的水分不停地在進行 交換。變壓器在運行中油在不停地循環(huán)，變壓器內的電場和溫度場是不均勻 的。在高電場處和低溫處容易集積水分。因此隨著變壓器運行時間的