大型電力變壓器絕緣事故的分析與預防

摘要：主要介紹大型電力變壓器由于絕緣配合故障而影響其安全運行，以及對絕緣事故的分析與預防。

關鍵詞：電力變壓器；絕緣事故；預防

1概述

變壓器的安全運行受到絕緣事故的威脅，因此，在變壓器的制造、安裝、檢修和運行過程中，對變壓器絕緣系統的安全十分重視。本文著重分析引起變壓器絕緣事故的原因以及對絕緣事故的預防。

2絕緣事故產生的原因

21絕緣事故概述

變壓器的絕緣系統是一個絕緣配合問題。合理的絕緣配合是指變壓器絕緣的耐受電場強度（以下簡稱“場強）大于其受到的作用場強，并有一定的裕度。當絕緣配合受到破壞，便引起絕緣事故的發生。 22作用場強失控引起的絕緣事故

1）長期工作電壓

長期工作電壓失控的問題是不存在的，但這不等于作用場強不失控。因為在一定的電壓下，如果發生電場畸變，作用場強就會發生變化，引起電場畸變的原因有金屬導體懸浮、導體上有尖角毛刺以及導電塵埃的積集等。例如：高壓套管均壓球安裝時未擰緊或在運行中振松，就形成了懸浮導體，產生足以使油隙擊穿的作用場強，引起局部放電和使變壓器油分解出乙炔。

2）暫時過電壓 工頻電壓短時升高或諧振過電壓統稱暫時過電壓。當工頻電壓升高超過設計值時，便可能發生鐵心的過激磁。在過激磁的狀況下，一方面激磁電流的數值迅速增大，另一方面激磁電流中的諧波分量迅速增多。過激磁的倍數越大，則越嚴重。其后果是造成靠近鐵心線圈的導體局部過熱，引起匝間絕緣擊穿。國外文獻多次報導過此類事故。

3）操作過電壓

電壓等級超過220kV的變壓器對操作過電壓采取了有效的保護措施，所以至今未發現在操作過電壓下的破壞事故。220kV及以下變壓器的操作過電壓的作用場強有失控的可能性，足以引發事故。例如：在空載合閘時發生線圈匝間或層間短路；在切低壓側補償電容器時，引起低壓引線對油箱放電；多次不同期合閘時，引起高壓套管端部相間擊穿。

4）雷電過電壓

變壓器高壓側的防雷保護比較健全，一般比較安全。但有些變壓器的中、低壓側的耐雷水平較低，導致雷擊損壞變壓器的事故時有發生。如：220kV變壓器，低壓35kV側發生過多次雷擊損壞事故；110kV三繞組變壓器的中壓35kV側或低壓10kV側也發過生雷擊損壞事故。

23耐受場強下降引起的絕緣事故

耐受場強下降是指變壓器在運行中由于受到污染而使絕緣處于非正常狀態。引起污染的原因很復雜，常見的有以下3種：

1）絕緣受潮

正常的油紙絕緣耐受場強很高，在正常運行電壓下，匝絕緣是不可能發生擊穿事故的；但是實際情況是，變壓器繞組絕緣事故由匝絕緣事故引起的可能性占到所有絕緣事故的80％～90％，其原因是油紙絕緣對水有極大的親和力，其受潮后絕緣強度會直線下降。

一般的變壓器在出廠前已做了絕緣強度試驗，因此絕緣強度達到了國家標準。但是，在運輸過程中或待安裝過程中，就不能保證絕緣不受到破壞。所以，在變壓器安裝之前，一般都要進行吊芯檢查。吊芯前天氣須為晴天，相對濕度小于65％，器身溫度要高于周圍環境溫度10℃。變壓器油的絕緣應符合國家規定標準，見表1。

表1變壓器油的絕緣標準擊穿電壓/kV微水含量/ppm90℃時介損tanδ/％
≥55≤10≤0.5
由于吊芯過程中器身絕緣表面受潮，為驅除潮氣，必須利用真空濾油機進行熱油循環。在熱油循環過程中油加熱時脫水缸溫度控制在70～75℃，油箱溫度應>50℃，熱油循環連續時間以24h為宜，如果達不到要求，必須延長熱油循環時間。在嚴寒的冬季，為了提高熱油循環的效率，必要時，須對變壓器器身采取必要的“保溫”措施，防止變壓器器身溫度由于外界環境溫度過低而降低。

絕緣受潮事故可分為突發性受潮事故和漸變性受潮事故。

突發性受潮事故是指潑進水或吸進水引起的事故，有以下幾種情況：套管“將軍帽”密封不嚴，吸進的水分沿高壓出線滲到線圈上，引起中部進線的高壓線圈匝間短路；抽真空時將水打到線圈上，引起高壓線圈燒毀；水冷卻器漏水，引起線圈燒毀；油箱頂蓋上的鐵心接地套管或定位釘膠墊密封不嚴，進入水分引起線圈燒毀；套管均壓球內積水，安裝時將水傾倒到線圈上，引起高壓線圈燒毀；變壓器在帶油運輸中受潮，安裝時未發現，投運后線圈燒毀；注油前未將進油管內的積水沖洗掉，且從上部進油，水混在油中淋到器身上，引起絕緣擊穿；儲油柜內積水，補油時將水沖到線圈上，引起線圈燒毀。 漸變性受潮事故是指絕緣整體受潮，隨著油的循環，水分在絕緣中局部累積到一定程度后，引起的絕緣事故。如：水分沿圍屏內油道集積，引起圍屏樹枝狀放電；在電場最大處的匝間殘留了硅膠，硅膠吸水后傳給匝絕緣，使匝絕緣局部受潮，引起匝間短路。

總之，分析正常工作電壓下的絕緣事故時，首先要考慮有沒有絕緣受潮。因為正常工作電壓下的絕緣裕度很大，除水分以外，很少有其它破壞絕緣的因素存在，能將絕緣的耐受強度下降到耐不住正常工作電壓的強度。

2）金屬異物

變壓器器身上如殘留金屬導體，由于產生局部放電或將絕緣磨損，在發生過電壓時或正常的工作電壓下就有可能引起絕緣擊穿損壞；但自上世紀80年代以后的變壓器發生這類事故的可能性不大，因為生產廠家和現場都開展了局部放電試驗，對檢出金屬異物是很有效的。

3）塵埃微粒

塵埃微粒包括導電性微粒、半導電性微粒、導磁性微粒、絕緣纖維及紙屑等。

導電性、半導電性微粒（銅末、鋁末、碳末等）在電場作用下會沿電力線排列，使電場畸變，因而引發放電事故或發生油流帶電現象。

導磁性微粒（鐵末）在磁場作用下會沿磁力線排列，排列后容易引起鐵芯多點接地故障。這種類型的故障，可以用沖擊電流法將其沖散；但變壓器恢復運行后不久，可能再次發生接地。再有，纖維在油中漂移，容易吸收水分，當漂移到裸導體電極之間時，形成“易擊穿點”，激發低壓引線之間的擊穿放電。這種放電過后，如果導體燒損不嚴重，可以恢復送電，但恢復送電后要多觀察變壓器在運行中有無異常現象。 3預防絕緣事故的措施

預防絕緣事故的根本措施，從制造來說，是要嚴格按設計工藝要求進行生產；從安裝和檢修來說，要嚴格執行安裝檢修規范；從運行來說，要嚴格保證運行在額定工況條件下。一般來說，變壓器通過出廠和交接試驗證明絕緣良好，在運行中又得到良好的維護，其絕緣是不可能損壞的。相反，如果變壓器的密閉性遭到破壞，器身受到污染，則制造質量再好的變壓器也可能損壞。