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变压器的放电故障

时间:2012-07-05 来源:www.dqjsw.com.cn 编辑:李亮 点击:次 字体设置:

根据放电的能量密度的大小,变压器的放电故障常分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型。

一、放电故障对变压器绝缘的影响

放电对绝缘有两种破坏作用:一种是由于放电质点直接轰击绝缘,使局部绝缘受到破坏并逐步扩大,使绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用,使局部绝缘受到腐蚀,介质损耗增大,最后导致热击穿。

(1)绝缘材料电老化是放电故障的主要形式。

1)局部放电引起绝缘材料中化学键的分离、裂解和分子结构的破坏。

2)放电点热效应引起绝缘的热裂解或促进氧化裂解,增大了介质的电导和损耗产生恶性循环,加速老化过程。

3)放电过程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分生成硝酸化学反应腐蚀绝缘体,导致绝缘性能劣化。

4)放电过程的高能辐射,使绝缘材料变脆。

5)放电时产生的高压气体引起绝缘体开裂,并形成新的放电点,

(2)固体绝缘的电老化。固体绝缘的电老化的形成和发展是树枝状,在电场集中处产生放电,引发树枝状放电痕迹,并逐步发展导致绝缘击穿。

(3)液体浸渍绝缘的电老化。如局部放电一般先发生在固体或油内的小气泡中,而放电过程又使油分解产生气体并被油部分吸收,如产气速率高,气泡将扩大、增多,使放电增强,同时放电产生的X—蜡沉积在固体绝缘上使散热困难、放电增强、出现过热,促使固体绝缘损坏。

二、放电故障的类型与特征

1.变压器局部放电故障

在电压的作用下,绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生非贯穿性的放电现称为局部放电。

局部放电刚开始时是一种低能量的放电,变压器内部出现这种放电时,情况比较复杂,根据绝缘介质的不同,可将局部放电分为气泡局部放电和油中局部放电;根据绝缘部位来分,有固体绝缘中空穴、电极尖端、油角间隙、油与绝缘纸板中的油隙和油中沿固体绝缘表面等处的局部放电。

(1)局部放电的原因。

1)当油中存在气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔,由于气体的介电常数小,在交流电压下所承受的场强高,但其耐压强度却低于油和纸绝缘材料,在气隙中容易首先引起放电。

2)外界环境条件的影响。如油处理不彻底下降使油中析出气泡等,都会引起放电。

3)由寻:制造质量不良。如某些部位有尖角高而出现放电。带进气泡、杂物和水分,或因外界气温漆瘤等,它们承受的电场强度较

4)金属部件或导电体之间接触不良而引起的放电。局部放电的能量密度虽不大,但若进一步发展将会形成放电的恶性循环,最终导致设备的击穿或损坏,而引起严重的事故。

(2)放电产生气体的特征。放电产生的气体,由于放电能量不同而有所不同。如放电能量密度在10-9C以下时,一般总烃不高,主要成分是氢气,其次是甲烷,氢气占氢烃总量的日80%一90%;当放电能量密度为10?8~10 ?7’C时,则氢气相应降低,而出现乙炔,但乙炔这时在总烃中所占的比例常不到2%,这是局部放电区别于其他放电现象的主要标志。

随着变压器故障诊断技术的发展,人们越来越认识到,局部放电是变压器诸多有机绝缘材料故障和事故的根源,因而该技术得到了迅速发展,出现了多种测量方法和试验装置,亦有离线测量的。

(3)测量局部放电的方法。

1)电测法。利用示波器、局部放电仪或无线电干扰仪,查找放电的波形或无线电干扰程度。电测法的灵敏度较高,测到的是视在放电量,分辨率可达几皮库。

2)超声测法。利用检测放电中出现的超声波,并将声波变换为电信号,录在磁带上进行分析。超声测法的灵敏度较低,大约几千皮库,它的优点是抗干扰性能好,且可“定位”。有的利用电信号和声信号的传递时间差异,可以估计探测点到放电点的距离。

3)化学测法。检测溶解油内各种气体的含量及增减变化规律。此法在运行监测上十分适用,简称“色谱分析”。化学测法对局部过热或电弧放电很灵敏,但对局部放电灵敏度不高。而且重要的是观察其趋势,例如几天测一次,就可发现油中含气的组成、比例以及数量的变化,从而判定有无局部放电或局部过热。

2.变压器火花放电故障

发生火花放电时放电能量密度大于10—6C的数量级。

(1)悬浮电位引起火花放电。高压电力设备中某金属部件,由于结构上原因,或运输过程和运行中造成接触不良而断开,处于高压与低压电极间并按其阻抗形成分压,而在这一金属部件上产生的对地电位称为悬浮电位。具有悬浮电位的物体附近的场强较集中,往往会逐渐烧坏周围固体介质或使之炭化,也会使绝缘油在悬浮电位作用下分解出大量特征气体,从而使绝缘油色谱分析结果超标。悬浮放电可能发生于变压器内处于高电位的金属部件,如调压绕组,当有载分接开关转换极性时的短暂电位悬浮;套管均压球和无载分接开关拨钗等电位悬浮。处于地电位的部件,如硅钢片磁屏蔽和各种紧固用金属螺栓等,与地的连接松动脱落,导致悬浮电位放电。变压器高压套管端部接触不良,也会形成悬浮电位而引起火花放电。

(2)油中杂质引起火花放电。变压器发生火花放电故障的主要原因是油中杂质的影响。杂质由水分、纤维质(主要是受潮的纤维)等构成。水的介电常数e约为变压器油的40倍,在电场中,杂质首先极化,被吸引向电场强度最强的地方,即电极附近,并按电力线方向排列。

(3)火花放电的影响。一般来说,火花放电不致很快引起绝缘击穿,主要反映在油色普分析异常、局部放电量增加或轻瓦斯动作,比较容易被发现和处理,但对其发展程度应引起足够的认识和注意。

3.变压器电弧放电故障

电弧放电是高能量放电,常以绕组匝层间绝缘击穿为多见,其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障。

(1)电弧放电的影响。电弧放电故障由于放电能量密度大,产气急剧,常以电子崩形e冲击电介质,使绝缘纸穿孔、烧焦或炭化,使金属材料变形或熔化烧毁,严重时会造成I备烧损,甚至发生爆炸事故,这种事故一般事先难以预测,也无明显预兆,常以突发的形式暴露出来。

(2)电弧放电的气体特征。出现电弧放电故障后,气体继电器中的H2和C2H2等组分常高达几千UL/L,变压器油亦炭化而变黑。油中特征气体的主要成分是H2和C2H2,其次C2H6和CH4。当放电故障涉及到固体绝缘时,除了上述气体外,还会产生CO和CO2。

综上所述,三种放电的形式既有区别又有一定的联系,区别是指放电能级和产气组分,联系是指局部放电是其他两种放电的前兆,而后者又是前者发展后的一种必然结果。由于变压器内出现的故障,常处于逐步发展的状态,同时大多不是单一类型的故障,往往是—种类型伴随着另一种类型,或几种类型同时出现,因此,更需要认真分析,具体对待。

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