【摘要】總結(jié)了大型電力干式變壓器絕緣事故分析，并制定了預(yù)防措施。同時(shí)，分析了干式變壓器的劣化趨勢(shì)和潛在缺陷，并對(duì)干式變壓器的壽命管理、安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和狀態(tài)檢修進(jìn)行了探討。[關(guān)鍵詞]干式變壓器絕緣事故分析及預(yù)防1。絕緣事故概述大型電力干式變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行日益受到各行各業(yè)的關(guān)注。特別是越來(lái)越多的大容量干式變壓器運(yùn)行到電網(wǎng)中，會(huì)導(dǎo)致干式變壓器出現(xiàn)故障，影響正常生產(chǎn)和人們的正常生活，大型干式變壓器的停運(yùn)和檢修會(huì)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。在這種情況下，了解影響干式變壓器絕緣的因素會(huì)對(duì)干式變壓器造成損壞，有利于干式變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使干式變壓器長(zhǎng)期在受控條件下運(yùn)行，避免干式變壓器損壞，對(duì)干式變壓器的安全可靠運(yùn)行具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。1.1干式變壓器絕緣事故分類干式變壓器絕緣事故一般分為以下四類：1.1.1繞組絕緣事故：主絕緣、匝間絕緣、段間絕緣、引線絕緣、端部絕緣放電燃燒引起的絕緣事故。1.1.2套管絕緣事故。指套管內(nèi)部絕緣放電，甚至瓷套管爆炸造成的絕緣損壞。還包括套管外絕緣表面放電和氣隙擊穿。1.1.3分接開關(guān)絕緣事故。主要是開關(guān)油室內(nèi)的油絕緣強(qiáng)度嚴(yán)重降低，開關(guān)和分接時(shí)電弧無(wú)法熄滅，導(dǎo)致有載分接開關(guān)燒毀。此外，還有一次事故，即無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)和有載分接開關(guān)的裸露導(dǎo)體放電，導(dǎo)致相、相或級(jí)間短路。1.1.4鐵芯絕緣事故。指鐵芯硅鋼片對(duì)地絕緣損壞，造成鐵芯多點(diǎn)接地。也指鐵芯框架連接點(diǎn)之間的絕緣損壞，導(dǎo)致環(huán)流導(dǎo)致局部過(guò)熱故障。在以上四種事故中，繞組絕緣事故危害較大。1.2干式變壓器絕緣事故的根本原因是分析干式變壓器絕緣事故的根本原因，將作用在絕緣上的電場(chǎng)強(qiáng)度分為作用電場(chǎng)強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱作用電場(chǎng)強(qiáng)度)和耐受電場(chǎng)強(qiáng)度(簡(jiǎn)稱耐受電場(chǎng)強(qiáng)度)。動(dòng)作場(chǎng)可分為雷電沖擊場(chǎng)強(qiáng)、操作沖擊場(chǎng)強(qiáng)和工頻場(chǎng)強(qiáng)。這三種不同場(chǎng)強(qiáng)的絕緣元件都有各自的耐受場(chǎng)強(qiáng)。但它們的共同點(diǎn)是，如果外加場(chǎng)強(qiáng)大于耐受場(chǎng)強(qiáng)，就會(huì)發(fā)生絕緣事故。根據(jù)外加場(chǎng)強(qiáng)與耐受場(chǎng)強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，可分為三種情況：1.2.1外加場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高。如110千伏、220千伏降壓干式變壓器第三繞組(10kV或35kV繞組)遭雷擊時(shí)，作用場(chǎng)強(qiáng)高于干式變壓器本身的正常耐受場(chǎng)強(qiáng)，造成雷擊損壞的絕緣事故。這種事故每年都會(huì)發(fā)生。它約占總繞組絕緣事故的百分之幾。1.2.2作用場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高，耐受場(chǎng)強(qiáng)降低。如果一些干式變壓器的絕緣在運(yùn)行中損壞，則發(fā)現(xiàn)絕緣潮濕。雷電沖擊比操作沖擊對(duì)油紙絕緣中的水分不太敏感。所以這種事故并不多，總繞組絕緣事故的比例大概是千分之幾。1.2.3承受場(chǎng)強(qiáng)的降低。干式變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，如果耐壓場(chǎng)強(qiáng)下降，在正常工作電壓下會(huì)突然發(fā)生絕緣事故。這類絕緣事故頻繁發(fā)生，占總繞組絕緣的90%以上 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

分析證實(shí)與絕緣部分放電有關(guān)。因此，測(cè)量局部放電容量的試驗(yàn)應(yīng)在停電后進(jìn)行(以下簡(jiǎn)稱局部放電試驗(yàn))。試驗(yàn)結(jié)果表明，放電情況異常，甚至在試驗(yàn)中出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。實(shí)踐表明，對(duì)局部放電試驗(yàn)等試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，可以做出正確診斷，解體后可以找到絕緣不可逆損壞的故障點(diǎn)。2.干式變壓器正常運(yùn)行時(shí)絕緣事故原因分析2.1絕緣事故原因分析2.1.1制造缺陷。絕緣事故的制造缺陷理論分為“尖銳毛刺”、“金屬異物”和“顆粒含量”。以及“絕緣缺陷”理論。這些說(shuō)法都集中在對(duì)放電機(jī)理的共同認(rèn)識(shí)上，即先發(fā)生局部放電，然后在正常工作電壓下引起絕緣擊穿事故。在老式干式變壓器中，由于上述原因曾發(fā)生過(guò)正常工作電壓下的絕緣事故，證明放電機(jī)理分析是可行的。但是就大功率干式變壓器而言，這些干式變壓器已經(jīng)運(yùn)行了20多年，問(wèn)題早就應(yīng)該暴露了。如果到目前為止還沒(méi)有暴露，可以證明這樣的缺陷已經(jīng)不存在了。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，所有220千伏及以上的干式變壓器都進(jìn)行了局部放電試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)表明，局部放電試驗(yàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)上述缺陷特別有效。因此，在工廠通過(guò)局部放電試驗(yàn)的干式變壓器，尤其是在安裝或維護(hù)后經(jīng)過(guò)局部放電試驗(yàn)的干式變壓器，不可能存在在正常工作電壓下會(huì)導(dǎo)致絕緣事故的制造缺陷。這就是局部放電測(cè)試的神奇之處。2.1.2絕緣老化。我經(jīng)歷過(guò)幾個(gè)干式變壓器。由于油路堵塞，匝間絕緣局部過(guò)熱，造成正常工作電壓下的匝間絕緣事故。其實(shí)這是過(guò)熱事故。油中的氣相色譜分析(DGA)可以識(shí)別此類事故。我大型干式電力變壓器都是全封閉結(jié)構(gòu)，運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)，很多都是長(zhǎng)、年輕負(fù)荷。所以一般不存在絕緣老化問(wèn)題。如果絕緣老化導(dǎo)致絕緣事故，會(huì)有明顯的老化標(biāo)志。對(duì)于許多因絕緣事故檢修的干式變壓器，已經(jīng)檢查了老化程度，從老化現(xiàn)象中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)事故證據(jù)。絕緣老化現(xiàn)象具體而明顯，要有證據(jù)才能成立，否則要排除可能性。2.1.3油流帶電。對(duì)于油循環(huán)強(qiáng)的大功率干式變壓器，在油泵啟動(dòng)時(shí)測(cè)量繞組的電位和放電電流時(shí)。繞組電位高達(dá)幾千伏，放電電流超過(guò)微安。解釋油流和

固體絕緣摩擦要產(chǎn)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(shuō)的油流帶電，實(shí)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(shí)在油中產(chǎn)生間歇性的電火花，局部放電測(cè)量?jī)x可以收到信號(hào)，甚至耳朵可以聽(tīng)到聲響。持續(xù)的油流放電將引起油中出現(xiàn)C2H2。此時(shí)應(yīng)視為一種故障。需要說(shuō)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。例如干式變壓器在工廠的專門試驗(yàn)中，從未發(fā)現(xiàn)過(guò)油流放電，因?yàn)閮?nèi)部是干凈的。個(gè)別干式變壓器在運(yùn)行中發(fā)生過(guò)油流放電，少開冷卻器或?qū)?nèi)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(jué)和處理。所以至今雖有多起油流放電的事例，但并沒(méi)有引起過(guò)絕緣事故。如果認(rèn)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(duì)事故干式變壓器（事故后油未流失）或同類型變壓進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。如果事前未發(fā)現(xiàn)油流放電現(xiàn)象，事后又未經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，就判定事故原因，是缺乏根據(jù)的。2.1.4廣義受潮。廣義受潮說(shuō)認(rèn)為運(yùn)行中干式變壓器內(nèi)部的水分是運(yùn)動(dòng)的，不停地遷移和集積，在高電場(chǎng)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(duì)油絕緣的危害性2.2.1干式變壓器內(nèi)水分的動(dòng)態(tài)特性。干式變壓器內(nèi)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(dòng)而運(yùn)動(dòng)，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(zhǔn)自由水。紙絕緣中準(zhǔn)自由水含量以%計(jì)，而油中自由水以PPM計(jì)。準(zhǔn)自由水的含量比自由水要大。例如，設(shè)紙絕緣與油的比例為1比10，當(dāng)紙絕緣中準(zhǔn)自由水為0.5%，油中自由水為10mg/L，準(zhǔn)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(zhǔn)自由水的含量則隨溫度的升高而下降。干式變壓器在運(yùn)行中紙絕緣和油中的水分不停地在進(jìn)行交換。干式變壓器在運(yùn)行中油在不停地循環(huán)，干式變壓器內(nèi)的電場(chǎng)和溫度場(chǎng)是不均勻的。在高電場(chǎng)處和低溫處容易集積水分。因此隨著干式變壓器運(yùn)行時(shí)間的延伸，水分在絕緣上的分布越來(lái)越不均勻，以致形成水分的局部集積。水分局部集積的程度先先與含水量有關(guān)，對(duì)于既定的含水量，則取決于水分的吸引力和擴(kuò)散力的較量。溫度對(duì)水分的集積有驅(qū)散作用，而電場(chǎng)強(qiáng)度、紙纖維的極性對(duì)水分有顯著的吸引力。所以，對(duì)于自由水和準(zhǔn)自由水含量高的干式變壓器，水分可能在高電場(chǎng)區(qū)域局部集積到足以引起絕緣事故的程度。2.2.2關(guān)于受潮的形態(tài)與放電的發(fā)展過(guò)程。通常在見(jiàn)到侵入干式變壓器內(nèi)部的水分才認(rèn)為是受潮，這是狹義的受潮概念。從廣義受潮的要領(lǐng)出發(fā)，干式變壓器實(shí)際受潮形態(tài)，可分為兩類：①顯性受潮：顯性受潮是指通常所說(shuō)的“干式變壓器受潮”。即看到油箱底部或器身上有積水，并且發(fā)現(xiàn)水分入侵的原因或途徑。顯性受潮進(jìn)入干式變壓器的水量一般都比較多，如果直接沉淀在油箱底部，暫時(shí)對(duì)絕緣并無(wú)危害；但當(dāng)水分淋到器身上，部分絕緣被浸泡透，則必然導(dǎo)致絕緣擊穿。這種情況下的絕緣擊穿機(jī)理屬于熱擊穿，即在局部絕緣中流過(guò)傳導(dǎo)電流，焦?fàn)枱崾辜埥^緣炭化后發(fā)展成貫穿性放電。因而不僅絕緣燒壞，而且導(dǎo)體可能發(fā)生熔化。這種事故的典型事例屢見(jiàn)不鮮，在分析干式變壓器的絕緣事故時(shí)很容易取得共識(shí)。這是一種“低級(jí)的受潮事故”，現(xiàn)在已經(jīng)越來(lái)越少。②隱性受潮：“隱性受潮”是指事故前并未發(fā)生水分入侵，只是原有水分悄悄地在絕緣上局部集積。水分集積到足以產(chǎn)生局部放電時(shí)，先開始局部放電。局部放電產(chǎn)生氣體，使放電進(jìn)一步發(fā)展。但氣體的產(chǎn)生和擴(kuò)散是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。當(dāng)產(chǎn)氣量大于擴(kuò)散量，局部放電持續(xù)進(jìn)行，很快發(fā)展成貫穿性擊穿。如果產(chǎn)氣量小于擴(kuò)散量，則局部放電暫時(shí)停歇，待水分再次集聚，或選擇其他途徑再次發(fā)生局部放電。其間歇的時(shí)間因放電部位的狀況不同而差別很大，有的甚至可以停歇幾年。沿紙板的枝狀放電是這種放電形態(tài)的典型。對(duì)于局部放電發(fā)展空間有限的場(chǎng)合，例如匝間絕緣下部與墊塊間的油角中集積水分，一旦發(fā)生局部放電，很快導(dǎo)致匝絕緣或段間（餅間）絕緣擊穿，形成突發(fā)性絕緣事故。前者使用適當(dāng)?shù)木€檢測(cè)技術(shù)，有可能發(fā)覺(jué)和防御突發(fā)事故。但對(duì)于后者，必須采取積極的防御措施，防止自由水的局部集積。3.防范措施防止干式變壓器在正常工作電壓下的絕緣事故，一是要限止自由水和準(zhǔn)自由水的含量，二是限止自由水的局部集積。從制造、安裝、檢修和運(yùn)行4個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)采取相應(yīng)措施。3.1制造措施設(shè)計(jì)干式變壓器的內(nèi)絕緣結(jié)構(gòu)，力求工作場(chǎng)強(qiáng)均勻分布，而且盡可能的低。例如，匝間工作場(chǎng)強(qiáng)不宜大于2kV/mm。干式變壓器真空干燥（較好采用煤油氣相干燥）后，固體絕緣中的含水量應(yīng)小于0.5%，亦即達(dá)到基本上不含自由水的程度。嚴(yán)格進(jìn)行真空涇油。注油時(shí)干式變壓器內(nèi)可能與油接觸的任何部分吸附的水分都應(yīng)被清除。注入油的含水量必須小于10mg/L。請(qǐng)注意10mg/L意味著每m3油帶進(jìn)10g自由水。3.2安裝措施干式變壓器在安裝過(guò)程中，不可能不接觸大氣，因此絕緣體和金屬表面都會(huì)吸附大氣中的水分，為了使干式變壓器內(nèi)部的水分恢復(fù)到出廠時(shí)的水平，干式變壓器安裝后必須嚴(yán)格進(jìn)行真空干燥和真空注油。要點(diǎn)如下：·用于抽真空的真空系統(tǒng)（包括真空泵、管道、閥門和表計(jì)）的極限真空度必須小于10Pa。·所有將與油接觸的絕緣體和金屬表面（包括片式散熱器）或其他固體表面（例如下瓷套）均要在抽真空的范圍之內(nèi)。·在抽真空的過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)檢查和處理滲漏。當(dāng)真空度達(dá)到實(shí)際可能的較高水平（對(duì)對(duì)較高水平的較低要求不應(yīng)小于133Pa）后，必須在真空泵繼續(xù)運(yùn)行的條件下保持此真空度。（簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)保持）·真空的動(dòng)態(tài)保持時(shí)間應(yīng)不少于水分滲入時(shí)間。滲入時(shí)間是指開始與大氣接觸到與大氣隔絕的全過(guò)程時(shí)間。這過(guò)程包括打開封板，進(jìn)行排油或排氮?dú)猓ɑ蚋稍锟諝猓r(shí)直接進(jìn)入大氣的時(shí)間，還包括在油箱內(nèi)封存大氣的時(shí)間。器身在大氣中暴露后，不用抽真空的辦法清除表面吸附水分，而就注油或打入氮?dú)猓ɑ蚋稍锟諝猓粌H不能起到清除水分的作用，而且是將表面水分往深層趕，為常溫下進(jìn)行真空脫水增加了困難。在動(dòng)態(tài)保持真空度的條件下，用真空濾油機(jī)注入合格的油。油中含水量應(yīng)小于10mg/L。如果注入油的含水量較高，利用熱油循環(huán)的辦法來(lái)降低油中水分，其結(jié)果是大部分的水分被紙絕吸收，增加了紙絕緣的含水量。3.3檢修措施當(dāng)發(fā)現(xiàn)干式變壓器內(nèi)的水分比剛投運(yùn)時(shí)有明顯增多時(shí)，應(yīng)看作特別重要的狀態(tài)指標(biāo)，必須作為狀態(tài)檢修的主要目的。檢修時(shí)用真空干燥和真空注油的辦法來(lái)清除水分，其要點(diǎn)與安裝時(shí)的相同。但由于新干式變壓器只是表面吸附水分，而運(yùn)行中干式變壓器的水分可能滲透到深層。因此真空的動(dòng)態(tài)保持時(shí)間應(yīng)不少于水分的滲出時(shí)間。水分滲出時(shí)間是指絕緣深層的水分滲透到表面所需的時(shí)間。由于干式變壓器運(yùn)作年代越久，不僅水分的含量越多，而且向內(nèi)滲透越深，因此水分滲透出時(shí)間也就越長(zhǎng)。具體到某一臺(tái)干式變壓器水分的滲出時(shí)間為多長(zhǎng)，事先是不好確定的。只能一是依靠真空干燥過(guò)程中真空度的變化過(guò)程來(lái)判斷，二是依靠真空注油后的絕緣性能試驗(yàn)結(jié)果來(lái)分析。例如，真空度遲遲達(dá)不到極限值，說(shuō)明水分在緩慢滲出。又如真空注油后的繞組絕緣電阻和bgδ還不如檢修以前，說(shuō)明真空干燥的時(shí)間未超過(guò)水分的滲出時(shí)間，需要重新真空干燥和真空注油。3.4運(yùn)行維護(hù)措施運(yùn)行中的干式變壓器（包括電容型油紙絕緣套管）應(yīng)保持嚴(yán)密的封閉，避免大氣中的水分和氣體滲透入內(nèi)。不論是油—?dú)鉂B漏或氣—?dú)鉂B漏，都有一個(gè)互相滲透的過(guò)程。應(yīng)把滲漏問(wèn)題看作是影響絕緣安全性的重要因素。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#