降低大型电力变压器局部放电量的生产条件和工艺措施.pdf

美4 0卷 第 3 职 父 003压 3月 刃浮 2 1 2 丈 N卯 2 f 扭牙 V o l 4 0M a rc hN o .32 0 0 3 降 低 大 型 电 力 变 压 器 局 部 放 电 量 的 生 产 条 件 和 工 艺 措 施 葛;5 民 ( 常州工学院， 江苏 常州 2 1 3 0 0 2 ) 摘要 : 分析了 大型电力变压器产生局部放电的原因 降低局部放电t的技术措施。 关键词: 电力变 压器; 局部放电; 绝缘 中图分类号: T M 4 0 5文献标识码: B ， 指出了局部放电的危害， 并从生产和工艺等方面阐述了 文童编号: 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 3 ) 0 3 - 0 0 2 5 - 0 4 1 概述 目前， 一般用户在订购电力变压器时， 对局部 放电量的要求较为严格。不但对标准有要求的 2 2 0 k V及以上电压等级电力变压器要求减少局部放 电量，而且对国家标准无要求的 1 1 0 k V级的产品 也要求局放量不能超过3 0 0 p C , 2 0 0 p C , 1 0 0 p C ， 甚至 更小。因此， 如何满足用户要求， 降低变压器的局部 放电量是制造厂必须认真解决的问题。 局部放电是电力变压器正常工作电压下出现 事故和停运的主要原因。尽管在影响程度上， 究竟 是局部放电量的大小、 频次， 还是发生部位哪个影 响大仍需研究探讨， 但减少局部放电是大家共同追 求的目标一本文结合实际经验， 主要从生产条件和 工艺方面，总结一下为降低局放所采取的一些措 施 - 2造成局部放电的原因及危害 由于设计和制造上的原因， 绝缘结构中的某些 部位受到了过高的电场强度作用而首先发生局部 放电 2 . 1 局部放电的原因 局部放电是在变压器内部绝缘局部位置发生 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。 造成局部放电的原因除了设计上考虑不周密 外， 最普遍的因素是由于制造不精心造成的。除绝 缘距离外， 还有以下几个主要因素。 ( 功零部件结构有尖角、 毛刺， 造成电场畸变， 放电起始电压降低。 ( 2 ) 有异物和粉尘， 引起电场集中。在外电场作 用下， 发生电 晕放电或击穿放电。 ( 3 ) 有水分和气泡。因 水气介电系数较低， 所以 在电场作用下， 首先发生放电。 ( 4 ) 金属结构件悬浮及接触不良 形成电场集中 或产生火花放电。 2 .2 局部放电的危害 ( 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 缘的击穿。 ( 2 ) 导致热击穿: 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。 连续放电 日 积月累的结果，将导致绝缘烧损或失效，造成击 穿。 3降低局放的措施 3 1 防尘控制 在产生局放的因素中，异物和粉尘的防范是重 中之重。试验结果表明， 4) 1 . 5 W m以上的金属颗粒， 在电 场作用下( 1 .2 5 M V / m ) , 就会产生远大于5 0 0 p C 的放电 量。各种粉尘， 无论是金属的 或非金属的存 在， 都会产生电场集中， 使绝缘的起始放电电压降 低， 击穿电 压降低。 因 此， 变压器制造过程中， 保持其 洁净是非常重要的， 要实施防尘控制。 ( 1 ) 建立防尘控制区 按制造过程产品可能受粉尘影响的程度进行分 级控制。 例如在平整导线、 导线包纸、 绕组绕制、 绕组 套装、 铁心叠积、 绝缘件制造、 器身装配、 引线装配和 器身整理时， 绝不允许异物残留和粉尘进人， 要实施 一级管理。 器身、引线装配和干燥后的器身整理最好在净 化室中进行。 万方数据 第 斗 0卷 多 r # 变1t 器油箱制造、总装配可实施二级防尘管 理 变压器油箱在制造过程中需控制焊渣飞溅， 不 得将其残留在工件中。在制造过程中， 油箱可不进 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 ， 铁心片剪切、 铁心预叠实施三级管理。 ( 2 ) 地面刷油漆 防尘控制区域， 地面要刷油漆。因为油漆不起 灰. 有灰散落地面能及时发现并清除。 ( 3 ) 吊具、 工装防尘 在防尘控制区域的吊车轨道要有接灰尘装置， 并定期清扫。 在防尘控制区域使用的吊绳， 交接处要有保护 套， 吊架、 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、 黄色等， 以便于保持工装洁净， 及时 发现掉漆 生锈等， 并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， 更在于对 防尘区的管理， 例如厂房的封闭、 门窗管理、 降尘量 控制、 车辆进入和违禁作业控制等。 3 .2 绝缘件的集中加工 绝缘件最忌金属粉尘。有些企业的绝缘件和金 工件在同一车间加工， 甚至在同一机床加工， 且工 件混放， 同库同位保管， 这样绝缘件就有粘染上金 属粉尘的可能。一旦绝缘件有金属粉尘附着， 要想 清除干净网格表面的纸板是不可能的。因此， 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 其他产生粉尘的区域隔离。 设置专门加工区域也是缩短制造周期和加强 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，由于层压件的水分很难彻底清除， 要求压制后在尽短时间内机加工成型， 所以只有在 一个车间内能够得到控制。 3 . 3 提高绕组质f及绝缘件稳定化处理 在绝缘筒上绕制绕组是防止绕组不圆， 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。这种绕制方式对降低局部放电量也有作用， 因 为: ( 1 ) 在绕线模上直接绕制绕组， 往往绕组成多 边形， 档间导线近似平直， 不但实际绝缘距离减少， 而且这种绕组脱模极易造成内 部导线的绝缘破损。 ( 2 ) 在线模上直接绕制， 模具与绕组线匝间没 有任何屏障， 旋转的线模上的的粉尘容易直接进人 并夹于导线间。 而在绝缘筒上绕制绕组， 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 变形所采取的措施。 这些绝缘物吸潮， 就存在粘接部 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. 3 . 4 绝缘件预干燥 绕组压板、 座板、 器身上下支撑块的制造均需在 压制前对下料纸圈或塑料进行预干燥。这种预干燥 的目 的在于， 通过干燥 脱水: 使纸板含水率 降低、 避免压制中脱水不净，或绕组在烘燥中因脱水率不 均造成内 应力而发生开裂; 厚纸板件如 压板等， 即 使经过多次干燥， 水分也很难清除彻底， 因此， 产品 中绝缘的水分由于运行温度升高，水分汽化游离可 能发生放电。 3 .5 采用优质合金刀具加工硅钢片 变压器铁心片通过纵剪、 横剪剪切成型。 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 毛刺也增加铁心厚度，实际上减少叠片数，增加磁 密。更为严重的是， 在铁心叠片、 插上扼或运行中受 到震动等， 毛刺可能会掉落器身上， 发生放电。毛刺 即使是落在箱底， 也可能在电场作用下， 有序排列， 造成地电位放电。 因此， 铁心片毛刺越小越好。 1 1 0 k V产品铁心片 毛刺应不大于。 .0 3 m m, 2 2 0 k V及以上产品，铁心片 毛刺应不大于0 . 0 2 m m 。这就需要采用耐磨性好、 高 硬度的硅钢片剪刀，可采用Y G 1 5 , Y G 2 0 硬质合金 及大功率碳化钨( 钢结硬质合金) 制作圆柱剪刀和横 剪刀( 片) 。 3 . 6 实施绕组绝缘的整体套装 整体套装技术是把每相 柱) 的所有绕组及绝缘 件先组装到一起， 然后再直接套到铁心上的变压器 装配技术。其优点是: ( 1 ) 保证单往各绕组压紧， 装配紧凑， 三柱绕组 高度可一致， 从而可提高结构抗短路强度， 绕组震动 小， 噪声低。 ( 2 ) 对单体绕组而言， 经过三次干燥( 单绕组、 整 相绕组、 器身) ， 水分清除较彻底， 便于得到理想尺 寸。 ( 3 ) 对绕组的绝缘压板、 座板来说， 本来因其过 厚不易干燥得透， 但由于整体套装增加了一次干燥， 加上后续器身干燥， 能使其干燥彻底， 因水气而引发 放电可能性小了。 万方数据 第 3期 葛 为 民降 低 大 型 电 力 变 压 器 局 部 放 电 量 的 生 产 * P M I 巡狸 a ) 整体套装绕组， 较单个绕组受粉尘污染程 度小 而器身装配时， 整体套装时间短， 大大减少了 粉尘散落机会， 减少了在空气中暴露时间， 大大减 少了再吸潮的机会。 3 . 7 引线的冷压焊 实施冷压焊是降低局部放电量的有效措施， 可 使局部放电量降至3 0 0 p C以F 。 这是因为铜焊时 要 产生许多飞 溅的焊珠，容易散落在器身和绝缘件 中， 此外其焊接边缘要用浸水石棉绳隔开， 这样水 分会进人绝缘中，而且绝缘包扎后水分清除不彻 底， 从而会增加局部放电量。 3 .8 汽相干燥及终点判断 器身进行汽相真空干燥的目的是除去绝缘物 中的水分， 提高绝缘强度和使用寿命。汽相干燥是 器身真空干燥的最佳方式之一， 采用该干燥方式可 有效地降低产品的局部放电量。 ( 1 ) 因汽相干燥的热载体为煤油蒸气， 其无孔 不人， 可在冷凝时放出大量热量加热器身， 又因汽 相干燥无氧气存在， 绝缘物解聚粘度小， 可提高干 燥温度 因此， 干燥效果好， 除水彻底。 ( 2 ) 煤油蒸汽冷凝后， 起到冲洗器身作用， 绕组 器身可“ 一尘不染” 。为了减少绝缘物的解聚作用， 同时为了缩短干燥时间，在汽相干燥的加热阶段， 可引人中间降压。根据绝缘物量的大小， 产品电压 高低， 决定降压次数。 1 1 0 k V级以下的产品， 可取2 - 5 次中间降压程序。 ( 3 ) 器身处理的终点判断是高电压变压器制造 的重要环节， 直接关系到产品质量。 过早终止干燥， 绝缘物含水量过高， 会加速产品运行中的绝缘件老 化， 甚至在试验中出现局部放电或绝缘击穿， 而干 燥时间过长则浪费能源。 其终点判断标准为: 绝缘物出 水量小于: 6 留( h t ) ( 5 0 0 k V ) ; l O g / ( h t ) ( 2 2 0 k V ) ; 2 0 ( h t ) ( 1 1 0 k V ) a 3 .9 总装配的产品环境及器身解空后的脱湿 器身真空干燥后、 装箱前要进行器身整理。产 品越大， 结构越复杂， 则整理时间越长。由于器身压 紧、 紧固件的紧固都在器身裸露状态进行， 其间会 发生吸湿及粉尘散落， 因此器身整理要在防尘区净 化室进行， 若整理时间超过8 h ， 要进行再干燥。 器身整理结束进入下箱、 扣盖、 外装套管、 内部 接线等工序， 器身仍然暴露在空气中， 会吸湿， 有必 要在这个过程中通人干燥空气 ( 利用空气干燥机) 到油箱中， 延缓器身的吸湿。 既便如此， 到注油前这段时间， 器身外表绝缘 已严重吸湿， 并向内层扩散。 许多企业， 不但没有采 用上述措施， 而对实际的露空吸湿， 认识不足， 这实 际上是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 绝缘强度的重要措施。所采取的脱湿方法是对产品 抽真空， 根据器身和环境湿度、 含水量标准确定抽真 空的真空度， 并根据出炉时间、 环境温度、 湿度确定 抽真空的时间。 3 . 1 0 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， 清 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， 至少静放7 2 小时才能进行试 验，这是因为绝缘材料的浸透程度与绝缘材料的厚 度、 绝缘油的温度、 浸油的时间有关。例如: 3 0 m m x 2 0 0 m m x 2 0 0 m m ， 中心孔0 1 0 的层压纸板， 2 0 C 常温 浸油需 8 0多个小时浸透， 9 0 时需 1 6 小时浸透， 而 浸透程度越好， 放电的可能性越小， 因此一定要有足 够的静放时间。 热油循环是大型高电压变压器彻底清除绝缘水 分的必需环节，是保证绝缘结构通过试验的补充措 施。 但热油循环还有另一个目 的: 就是通过热油循环 而过滤出油中及器身中的有害颗粒。这一点常被许 多企业所忽视。 变压器油中有其固有颗粒，而在变压器制造过 程中， 无论防范多么严格， 总有大量剪切毛刺、 摩擦 粉尘、 空气尘埃等混人到油中， 这些颗粒会形成所在 位置的电场集中，降低油的起始放电电压和击穿电 压， 增加局部放电蚤。 资料表明。 经过板式滤油机 1 0 次滤油， 其含水量、 含气量、 介损击穿电压才完全合 格， 但 1 0 0 m L 油试样中还有。 . 5 m m的颗粒 1 2 0 - 1 6 0 万个。因此， 要降低变压器局部放电量， 必须尽量滤 出这些颗粒， 这就需要高真空滤油机经过5 个以上 循环。实际上， 这是对变压器中粉尘清除的最后措 施。 3 . 1 1 零部件边缘的回整化 零件边缘的圆整化的目的在于: ( 1 ) 改善场强的分布， 提高放电的起始电压。因 此， 铁心中的金属结构件如夹件、 拉板、 侧梁、 上梁、 垫角以及支架边缘、 压板及出线口边缘、 套管升高座 的箱壁、 箱壁内侧的磁屏蔽护框、 内侧箱沿均需倒圆 R 3 - R 6 o ( 2 ) 防止磨擦产生铁粉。 例如: 起吊孔， 铁心吊攀 的挂绳或挂钩的接触部分均需倒圆。 3 . 1 2 油箱及.部件的密封 万方数据 密封结构好坏， 直接关系到变压器的渗漏。如 果出现漏点， 必然要有水分进人变压器中， 从而导 致变压器油和其它绝缘件的吸潮， 这是发生局部放 电的因素之一、 因此要有保证密封性能的合理密封 结构， 其要点: ( 均密封垫的定位与限位。如箱沿密封垫的限 位槽和法兰盘的密封槽中的密封胶的运用。 ( 2 ) 密封件的压缩量。 合理的压缩量约为2 5 % - 3 0 %, 超过此限位， 会发生永久性变形， 甚至碎裂。 ( 3 ) 密封件受压后的均一性。受压不均有可能 超过合理的压缩量， 造成损坏 ( 4 ) 密封垫的形状。要与变形限位尽量一致， 否 则有可能造成损坏 3 . 1 3 紧固件的使用 ( 卫 ) 用碟形弹簧及螺母代替双螺母， 可防止拧 紧中产生铁粉。 ( 2 ) 用弹簧垫圈时， 要加防止碎裂散落的防护 圈 ( 3 ) 非金属螺母、 螺杆要采用优质材料。要避免 层压木螺母的起层、 开裂、 掉屑， 尼龙紧固件的气 泡， 酚醛等紧固件的放电性。 3 . 1 4 绕组出头及引出线接头的屏蔽 屏蔽有两点: 一是加大直径: 二是圆整化。两者 的作用都是均匀电场， 提高放电的起始电压。 3 . 1 5 其它 ( 1 ) 厚压板的分型。 超过8 0 m m的层压圈很难除 去水分， 如分型可在中间形成油道， 制造中水分易除 掉。在油箱中也易被绝缘油浸透，可 减少放电的发 生。 ( 2 ) 角环形状的等位面。 即各角环的R不同， 可 使场强的分布更合理。 ( 3 ) 箱底铺设绝缘物， 避免铁心尖角的地电位放 电。 ( 4 ) 采用中等密度绝缘纸板制造绝缘筒， 保证机 械强度和油浸透性。 ( 5 ) 在电场强度较高区域， 若采用环氧玻璃板制 件， 则吸油性差， 易极化放电， 故不采用。 ( 6 ) 不采用钢压板， 尽量不采用压钉。 4结束语 变压器局部放电的发生、归根结底是制造厂的 产品存在缺陷引起的。 因此， 有必要在产品制造的全 过程， 严格控制， 尽量减少缺陷。如果说设计上的措 施是降低局部放电量的软条件， 那么， 企业宏观条件 和工艺的改善就是降低局部放电量的关键手段 E n v i r o n me n 招】 t o Re d u c e n s a n d T e c h n o l o g i c a l Me a s u r e s L a r g e P o w e r T r a n s f o r m e r s Co n d i t i o PD i n 6 E We 云 - mi n ( C h a n g z h o u I n s ti t u t e o f T e c h n o l o g y , C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e r e a s o n sf o r p a r t i a l d i s c h a r g e i n l a r g e p o w e r t r a n s f o r m e r s a re a n a l y z e d . T h e h a r m o f p a rt i a l d i s c h a r g e i s i n t r o d u c e d . T h e t e c h n o l o g i c a l t i o n a n d t e c h n o l o g y a re d i s c u s s e d . t o r e d u c e p a r t i a l d i s c h a r g e i n p r o d u c - K e y w o r d s : P o w e r t r a n sf o r m e r ; P a r t i a l d i s c h a r g ; I n s u l a t i o n 收稿 日期 2 0 0 2 - 0 8 - 2 8 作者简介: 葛为民( 1 9 6 6 - )男， 江苏深阳 人， 常州工学院 讲师， 从事电 气方面的教学和科研工作。 万方数据