局部放电试验在变压器中的应用(全文)

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摘要: 文章阐述电力变压器局部放电现象产生的危害及产生的主要原因，并对变压器局放试验的基本要求、试验原理接线及对试验电源的要求进行了相关探讨，最后结合现场试验的经验总结了变压器局放试验对电网安全运行的重要意义。

关键词:变压器；局部放电；测试

0引言

电力变压器内部局部放电试验是对变压器制造过程中的设计水平、工艺控制水平、材料性能指标以及安装过程中的工艺控制水平的综合检验，局部放电测量是变压器试验中最重要的项目。局部放电量的大小，是标志变压器绝缘性能的一项重要指标，测量变压器的局部放电量是评价变压器绝缘性能的有效方法。目前除了变压器制造厂在出厂时进行局放试验外，对220 kV及以上电压等级的变压器，为了检查其经过长途运输、现场安装、真空注油等一系列过程后的绝缘性能， GB50150《电气安装工程电气设备交接试验》要求在交接试验中对其进行局部放电试验，试验合格后方能投运。对运行中的变压器当怀疑其绝缘性能或检查其大修质量时，DL/T 596《电力设备预防性试验规程》要求进行局部放电测量。多年来的实践表明，局部放电试验对变压器绝缘中微小缺陷的检测是非常灵敏的，也是非常有效的，在现场试验中得到了广泛的推广，为电力系统的安全稳定运行提供了有力的保障。

1变压器局部放电产生的因素

局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电。它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中遗留的缺陷在高强电场作用下发生重复击穿和熄灭的现象。这种放电的能量通常很小，在短时间内并不会影响到变压器的绝缘强度。局部放电可能出现在固体绝缘的空隙中，也可能出现在液体绝缘的气泡中，或发生在不同介电特性的绝缘层间，或金属表面的边缘、尖端部位。

1. 1绝缘内部的气隙

变压器的绝缘结构较为复杂，所使用的绝缘材料既有变压器油，又有绝缘纸板、层压木等，干式变压器中还有环氧树脂绝缘。众多的绝缘材料在生产或安装过程中难免会存在一些气隙，而这些气隙的存在就构成了电力变压器内部产生局部放电的重要原因。通常气体的来源主要有以下几方面:

a) 油浸变压器真空注油、油循环、静置工艺过程中由于真空度不满足工艺要求，循环、静置时间不够，变压器绝缘中存在残余气体，导致运行电压下发生局部放电。

b) 变压器内部绝缘使用的层压制品，包括层压绝缘纸板、电工层压木、层压玻璃布板等。由于生产企业对层压制品中气泡的危害性认识不足，或生产工艺不够完善，预浸坯料挥发物含量较高，使层压制品中残留气泡。对油浸变压器而言，由于真空注油真空度不高、注油后静放时间不够，层压制品中的气体没有把油完全置换出来，影响材料的绝缘性能。

c) 线圈在干燥工艺过程中真空度控制不好、干燥时间和温度不满足要求，导致干燥后的线圈中残留气体，造成变压器发生局部放电。

d) 固体绝缘变压器环氧树脂真空浇注工艺中由于真空度不够高、真空保持时间不够长，不能彻底脱气，使环氧树脂固化物中残存一些气体。在包裹绝缘的干式变压器中由于浸渍负荷绝缘材料和导线的膨胀系数存在差异，从而造成一些气隙。在运行过程中这些气体导致变压器局部放电。

1. 2变压器结构缺陷

某些变压器在结构设计方面不够合理，绝缘结构中电场分布不均匀，从而造成特定部位的电场强度高于相应绝缘材料的起始游离电压水平产生局部放电。例如复合绝缘中介电系数相差较大，电场分布不均匀; 筒式线圈层间电压选择偏高，段间距离偏小; 出线结构布置不合理等，均会使变压器发生局部放电。另外设计选用的许用电场强度偏高也是产生局部放电的重要因素。

1. 3材料方面的原因

变压器所使用的铜(铝) 导线、铜(铝) 箔表面不光滑，有毛刺，绝缘材料的电气性能不满足设计要求，起始游离电压偏低等。

1. 4加工工艺控制不严格

变压器中所使用的金属部件如夹件等在加工过程中未能彻底消除毛刺; 电屏蔽、磁屏蔽接地不良，高压引线装配时接触不好，产生悬浮电位; 托板、角环等绝缘件未倒角或消除毛刺; 绕组中导线和引线焊接部位处理不光滑，有尖角和毛刺; 铁芯剪裁和叠装时形成毛刺等，均会造成电场集中，产生局部放电。

1. 5变压器器身清洁度不够

由于生产过程中的金属微粒、油箱焊接是遗留的焊渣、生产环境的降尘都可能落入变压器绕组或器身中。对于油浸变压器，器身注油后油中的导电颗粒通过油循环流落到器身各处，如到达高场强处，则会引起局部放电。

2局部放电的危害

局部放电是一种小能量放电，在短时间内并不能影响到电力变压器的绝缘强度。但是若变压器的运行电压下不断出现局部放电，将会产生累积效应，使绝缘材料介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。局部放电通过以下集中作用方式逐步破坏绝缘。

a) 局部放电会产生臭氧，臭氧是强氧化剂，会使含双键的大分子起加成反应破坏双键，材料发生臭氧裂解，聚合度下降，丧失绝缘性能。

b) 局部放电还产生氮的氧化物，它与潮气相结合会生成硝酸，对绝缘材料及导线产生腐蚀作用。

c) 局部放电又能产生高速粒子，会导致绝缘材料表面产生树枝放电。

d) 局部放电还会使绝缘材料的介质损耗增大，局部过热，造成绝缘材料的老化。

3现场局部放电的测量

相关标准要求220 kV及以上变压器在交接时或大修后应进行局部放电试验，110 kV 变压器在怀疑绝缘有缺陷时应进行局部放电试验。局部放电试验的目的是发现变压器结构和制造工艺、安装工艺的缺陷。例如: 绝缘内部局部电场强度过高，金属部件有尖角毛刺，绝缘混入杂质或局部带有缺陷，产品内部金属接地部件之间、导电体之间电气连接不良，真空注油工艺控制不严格等。通过试验结果指导缺陷的消除，防止变压器运行中由于局部放电对绝缘造成破坏，确保电网运行的安全。

3. 1现场局部放电试验的基本要求

电力行业标准DL/ T474―2006《电力设备局部放电现场测量导则》中对电力变压器现场局部放电试验的相关要求进行了阐述。电力变压器现场局部放电试验通常使用电气法(脉冲电流法)，主要测量的物理量为规定测量电压下的局部放电量和变压器局放的起始电压和熄灭电压。变压器局部放电试验的加压时间及步骤如图1 所示。

图1变压器局部放电试验加压程序

( t'= 60 min ( Um> 300 kV) 或t'= 30 min ( Um< 300 kV) ; Um 为变压器额定电压)

首先试验电压升到U3 ( 1.1 Um ) 下进行测量，保持5 min，然后试验电压升到U2 ( 1.5Um) ，保持5 min 汇总，接着试验电压升到U1，试验时间t = 额定频率/ 试验频率×120 s，最后电压降到U2 下进行测量，保持时间30/ 60 min，电压降到U3 读数。试验前应记录试验回路的背景噪声，其值应低于规定的放电量的50%。测量应在所有分级绝缘绕组的线端进行，自耦连接的一对绕组的线端应同时测量。在电压升至U2 及由U2 下降的过程中应记录起始、熄灭电压。

3. 2试验电源的选择及原理接线图

变压器现场局放试验时施加的电压很高，最高电压达到了感应耐压值( 大于1.5Um) 。通常电力变压器在额定频率下，当电压大于110% 额定电压时，铁芯趋于饱和，励磁电流将随电压增加急剧上升。根据电磁感应原理，感应电动势为:

E = 4. 44 FNΦm

所以感应电动势E 增加时，欲保持磁通密度不变，必须相应地将频率提高。现场试验电源一般采用工频( 50 Hz) 的倍频或其他合适的中频电源。为了达到试验设备轻便、结构简单的目的，通常对变压器进行单相励磁、单相测量，励磁电压从变压器低压绕组施加。

变压器局部放电试验的基本前提是生成中频电源，通常生成中频电源的方式有变频电源和发电机组两种，见图2 和图3。

图2发电机电源方式下变压器局放试验原理接线图

G―中频发电机组; BPG―变频电源; SYB―试验变压器;

L―补偿电抗器; Zm―检测阻抗; C1―耦合电容，通常利用变压器套管的电容

图3变频电源方式下变压器局放试验原理接线图

a) 变频电源方式: 采用电力半导体变频电路将50 Hz 工频变换成中频交变电源。这种方式的突出优点是设备轻便，输出频率可连续调节，利用适当的补偿电抗器可使试验回路在接近并联谐振工况下工作，所需电源的容量较小。但其实现起来电路较为复杂，对元件参数要求苛刻，带无功负载能力差。目前常在220 kV 及以下电压等级的变压器局放试验中使用，随着电子技术的不断进步，变频电源的应用范围正逐步扩大。

b) 中频发电机方式: 通常由电动发电机组生成试验所需频率的电源，优点是输出电压稳定、结实耐用、维护方便，安全性好，可靠性高。其缺点是:体积大，重量相对较重，在被试品容性负载较大时，由于发电机定子容性电流的助磁作用，可能引起自激现象，需要较准确地设计补偿电抗的容量。发电机方式使用与几乎所有电压等级和容量的

变压器试验，是目前应用最广泛的电源方式。

图2 和图3 分别是发电机方式和变频电源方式下变压器局部放电试验的原理接线图。

4 结束语

现场试验的经验表明，在变压器所有交接试验项目中，局部放电测量是难度最大、考核最严格、对变压器内部绝缘缺陷反应最灵敏的试验，是衡量电力变压器质量的重要检测手段。局部放电试验的开展、推广促进了电力变压器的设计、制造和安装水平的提高，变压器质量水平也得到很大的提高，为电网的安全稳定运行提供坚实的基础和保障。随着局放试验对变压器内部缺陷检测灵敏性得到广泛的认可，相信局部放电试验将在电力系统安全稳定运行中扮演越来越重要的角色。

参考文献

局部放电试验在变压器中的应用

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