油浸变压器绝缘故障及原因分析

一　中国高新技术企业　油浸变压器绝缘故障及原因分析　◇文／黄剑威　【摘要】　变压器是电力系统中最关键的设备之一，它的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行　的重要保证．必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可　　能完全避免．且引发故障和事故又出于众多方面的原因。　本文将着重研究油浸变压器诸多故障中的绝缘故障。【关键词】变压器　绝缘故障　原因　目前应用最广泛的电力变压器是油浸变压器和干式树脂变压　绝缘电阻的数值可能会变高．但其机械强度将会大大下降，绝缘纸　器两种，电力变压器的绝缘即是变压器绝缘材料组成的绝缘系统，　它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝　缘材料的寿命所决定的。实践证明，大多变压器的损坏和故障都是　因绝缘系统的损坏而造成。因此，保护变压器的正常运行和加强对　绝缘系统的合理维护，很大程度上可以保证变压器具有相对较长的　使用寿命，而预防性和预知性维护是提高变压器使用寿命和提高供　电可靠性的关键。油浸变压器中，主要的绝缘材料是绝缘油及周体　绝缘材料绝缘纸、纸板和木块等所谓变压器绝缘的老化，就是这些　材料受环境因素的影响发生分解，降低或丧失了绝缘强度。　１、固体纸绝缘故障　固体纸绝缘是油浸变压器绝缘的主要部分之一，包括：绝缘　纸、绝缘板、绝缘垫、绝缘卷、绝缘绑扎带等，绝缘纸老化后，其聚合　度和抗张强度将逐渐降低，并生成水、ＣＯ、ＣＯ　，其次还有糠醛。这些　老化产物大都对电气设备有害，会使绝缘纸的击穿电压和体积电阻　率降低、介损增大、抗拉强度下降，甚致腐蚀设备中的金属材料。固　体绝缘具有不可逆转的老化特性，其机械和电气强度的老化降低都　是不能恢复的。变压器的寿命主要取决于绝缘材料的寿命，因此油　浸变压器固体绝缘材料．应既具有良好的电绝缘性能和机械特性，　而且长年累月的运行后，其性能下降较慢，即老化特性好。　１．１纸纤维材料的性能　绝缘纸纤维材料是油浸变压器中最主要的绝缘组件材料，纸纤　维是植物的基本固体组织成分，组成物质分子的原子中有带正电的　原子核和围绕原子核运行的带负电的电子．与金属导体不同的是绝　缘材料中几乎没有自由电子，绝缘体中极小的电导电流主要来自离　子电导。纤维素由碳、氢和氧组成，这样由于纤维素分子结构中存在　氢氧根，便存在形成水的潜在可能，使纸纤维有含水的特性。此外，　这些氢氧根可认为是被各种极性分子包围着的中心，它们以氢键相　结合．使得纤维易受破坏：同时纤维中往往含有一定比例的杂质，这　些杂质中包括一定量的水分，因纤维呈胶体性质，使这些水分尚不　能完全除去。这样也就影响了纸纤维的性能。　极性的纤维不但易于吸潮，而且当纸纤维吸水时，使氢氧根之　间的相互作用力变弱．在纤维结构不稳定的条件下机械强度急剧变　坏．因此，纸绝缘部件一般要经过干燥或真空子燥处理和浸油或绝　缘漆后才能使用，浸漆的目的是使纤维保持润湿．保证其有较高的绝　缘和化学稳定性及具有较高的机械强度。同时，纸被漆密封后，可减　少纸对水分的吸收．阻止材料氧化，还町填充空隙，以减小可能影响　绝缘性能、造成局部放电和电击穿的气泡。但也有的认为浸漆后再　浸油，可能有些漆会慢慢溶人油内，影响油的性能，对这类油漆的应　用应充分子以注意。　１．２纸纤维材料的劣化　主要包括三个方面：①纤维脆裂。当过度受热使水分从纤维材　料中脱离，更会加速纤维材料脆化。由于纸材脆化剥落，在机械振　动、电动应力、操作波等冲击力的影响下可能产生绝缘故障而形成　电气事故。②纤维材料机械强度下降。纤维材料的机械强度随受热　时间的延长而下降．当变压器发热造成绝缘材料水分再次排出时，　材将不能抵御短路电流或冲击负荷等机械力的影响。③纤维材料本　身的收缩。纤维材料在脆化后收缩，使夹紧力降低，可能造成收缩移　动．使变压器绕组在电磁振动或冲击电压下移位摩擦而损伤绝缘。　２、液体油绝缘故障　油浸变压器的特点：①大大提高了电气绝缘强度，缩短了绝缘距　离．减小了设备的体积；②大大提高了变压器的有效热传递和散热　效果，提高了导线中允许的电流密度．减轻了设备重量，它是将运行　变压器器身的热量通过变压器油的热循环，传递到变压器外壳和散　热器进行散热，从而提高了有效的冷却降温水平；（　由于油浸密封而降　低了变压器内部某些零部件和组件的氧化程度，延长了使用寿命。　２　１变压器油的性能　运行中的变压器油必须具有稳定优良的绝缘性能和导热性能。　从石油中提炼制取的绝缘油是各种烃、树脂、酸和其他杂质的混合　物．其性质不都是稳定的，在温度、电场及光合作用等影响下会不断　地氧化。正常情况下绝缘油的氧化过程进行得很缓慢，如果维护得　当甚至使用２０年还可保持应有的质量而不老化，但混入油中的金　属、杂质、气体等会加速氧化的发展．使油质变坏，颜色变深，透明度　浑浊，所含水分、酸价、灰分增加等，使油的性质劣化。　２．２变压器油劣化的过程　油在劣化过程中主要阶段的生成物有过氧化物、酸类、醇类、酮　类和油泥。早期劣化阶段。油中生成的过氧化物与绝缘纤维材料反　应生成氧化纤维素，使绝缘纤维机械强度变差，造成脆化和绝缘收　缩。生成的酸类是一种粘液状的脂肪酸，尽管腐蚀性没有矿物酸那　么强，但其增长速率及对有机绝缘材料的影响是很大的。后期劣化　阶段。是生成油泥．当酸侵蚀铜、铁、绝缘漆等材料时，反应生成油　泥．是一种粘稠而类似沥青的聚合型导电物质，它能适度溶解于油　中．在电场的作用下生成速度很快．粘附在绝缘材料或变压器箱壳　边缘，沉积在油管及冷却器散热片等处，使变压器工作温度升高，耐　电强度下降。　油的氧化过程是由两个主要反应条件构成的，其一是变压器中　酸价过高．油呈酸性。其二是溶于油中的氧化物转变成不溶于油的　化合物，从而逐步使变压器油质劣化。　３、影响变压器绝缘故障的主要因素　影响变压器绝缘性能的主要因素有：温度、湿度、油保护方式和　过电压影响等。　３．１温度的影响　电力变压器为油、纸绝缘，在不同温度下油、纸中含水量有着不　同的平衡关系曲线　一般情况下，温度升高，纸内水分要向泊中析　出；反之．则纸要吸收油中水分。因此，当温度较高时，变压器内绝缘　油的微水含量较大：反之，微水含量就小。　温度不同时，使纤维素解环、断链并伴随气体产生的程度有所不　同。在一定温度下，ＣＯ和ＣＯ　的产生速度恒定，即油中ＣＯ和ＣＯ　气　体含量随时间呈线性关系。在温度不断升高时，ＣＯ和ｃ　的产生速　率往往呈指数规律增大。因此，油中ＣＯ和Ｃ０　的含量与绝缘纸热老　化有着直接的关系．并可将含量变化作为密封变压器中纸层有无异．　一９７—　维普资讯 http://www.cqvip.com ’　＿　中国Ｉ；新技术企生　一　地系统将增加３０％，对中性点不接地系统将增加７３％，因而可能损　常的判据之一。　变压器的寿命取决于绝缘的老化程度，而绝缘的老化又取决于　伤绝缘。②雷电过电压的影响。雷电过电压由于波头陡，引起纵绝缘　运行的温度。如油浸变压器在额定负载下，绕组平均温升为６５℃，最　（匝问、并间、绝缘）上电压分布很不均匀，可能在绝缘上留下放电痕　热点温升为７８℃，若平均环境温度为２０Ｃ，则最热点温度为９８℃；在　迹，从而使固体绝缘受到破坏。⑧操作过电压的影响。由于操作过电　这个温度下。变压器可运行２０—３０年，若变压器超载运行，温度升　压的波头相当乎缓，所以电压分布近似线性，操作过电压波由一个　高，促使寿命缩短。　国际电工委员会ｆ１ＥＣ）认为Ａ级绝缘的变压器在８０—１４０Ｃ温度　绕组转移到另一个绕组上时，约与这两个绕组间的匝数成正比，从　而容易造成主绝缘或相间绝缘的劣化和损坏。　３．５短路电动力的影响　范围内。温度每增加６℃，变压器绝缘有效寿命降低的速度就会增加　一倍，这就是６℃法则，说明对热的限制已比过去认可的８℃法则更　３．２湿度的影响　出口短路时的电动力可能会使变压器绕组变形、引线移位，从而　改变了原有的绝缘距离，使绝缘发热。加速老化或受到损伤造成放　电、拉弧及短路故障。　４、结束语　为严格。　水分的存在将加速纸纤维素降解。因此，ＣＯ和叫的产生与纤　维素材料的含水量也有关。当湿度一定时，含水量越高，分解出的　Ｃ０２越多。反之，含水量越低，分解出的ＣＯ就越多。　绝缘油中的微量水分是影响绝缘特性的重要因素之一。绝缘　综上所述，掌握电力变压器的绝缘性能及合理的运行维护。直接　影响到变压器的安全运行、使用寿命和供电可靠性。电力变压器是　电力系统中重要而关键的主设备，作为变压器的运行维护人员和管　油中微量水分的存在。对绝缘介质的电气性能与理化性能都有极大　理者必须了解和掌握电力变压器的绝缘结构、材料性能、工艺质量、　的危害．水分可导致绝缘油的火花放电电压降低，介质损耗因数ｔｇ８　维护方法及科学的诊断技术，并进行优化合理的运行管理，才能保　增大，促进绝缘油老化，绝缘性能劣化。而设备受潮，不仅导致电力设备　证电力变压器的使用效率、寿命和供电可靠性。　的运行可靠性和寿命降低．更可能导致设备损坏甚至危及人身安全。　３．３油保护方式的影响　变压器油中氧的作用会加速绝缘分解反应，而含氧量与油保护　方式有关。另外，保护方式不同，使ＣＯ和ＣＯ：在油中解和扩散状况　参考文献　不同。如ＣＯ的溶解小，使开放式变压器ＣＯ易扩散至油面空间，因　［１】朱德恒，谈克雄：《电绝缘诊断技术》．北京：中国电力出版社，　此。开放式变压器一般情况ＣＯ的体积分数不大于３００ｘ１０—６。密封式变　１９９９．４　压器，由于油面与空气绝缘，使ＣＯ和ＣＯ：不易挥发，所以其含量较高。　３．４过电压的影响　［２】曹海：《变压器绝缘故障在线监测技术》，《四；ｔｉ电力技术）＞２００５年　第２期　①暂态过电压的影响。三相变压器正常运行产生的相、地间电　［３】王晓莺：《变压器故障与监测》。北京：中国电力出版社，２００５年１月　压是相间电压的５８％，但发生单相故障时主绝缘的电压对中性点接　（作者单位系广东电网公司中山供电局）　（上接９６页）　退不合格的管理人员，重新定岗、定员、定合同，取消在编与非编界　箱进出线多从下方引入，考虑在居民区绝缘线老化损坏容易引起触　限，实行供电营业所职工与局职工同工同酬，以最大限度地调动精简分　电事故，故接户线、套户线使用耐气候型架空绝缘电线（缆）或加保　流后全体农电人员的工作积极性，给各所所长一个宽松的工作环境，对　护管。另外表箱放于室外考虑防护措施，装在背阳、遮雨处。　３．７铝导线接头　不称职的所长、职工进行适度交流，在每月考核时，实行末位淘汰待岗　制，在每一个干部职工心中形成强烈的危机感、紧迫感、责任感。　５结束语　铝导线接头问题是引起事故、增大损耗的主要原因之一。架空　裸铝线注意电力复合脂、的使用：绝缘导线使用自粘性塑料胶带，工程　实践表面，可以有效抵抗潮气侵入造成的接头氧化，比黑胶布效果好。　４农网建设与改造工作应采取的措施【０】【　】　农网改造工作前所未有，面广量大，没有前人的现成经验可借　鉴，要想取得较为满意的效果，就必须以国家文件为指针，进一步加　大宣传工作力度，真正使乡村干部和农民理解支持农网改造．上级　４．１继续加大宣传力度，统一思想认识。通过报纸、电台、电视　主管部门和地方党政领导要想方设法解决好农网改造过程中出现　台大张旗鼓地进行广泛宣传．局领导要深入到乡（镇）政府征求意　的问题，做到对国家、对农民负责．让农网改造这个德政工程产生最　见，反复召开网改村干部、农民代表联席座谈会，发放农改建议卡，　大的社会效益和经济效益，真正做到“改造农网，造福农民”。　组织农改知识竞赛，提高客户对农网改造重要性和必要性的认识，　争取地方党、政领导大力支持，上下充分理解，用电客户积极参与的　良好氛围。　４．２为开拓农村电力市场，扩大内需拉动售电量的增长，按照　参考文献　市场经济运行的规则，结合“谁投资，谁收益”和明确产权界限的原　［１】包叙定．正确认识农网改造的重要性和特殊意义Ｕ】．农电管理．　则，建议取消增容费收项目，真正使“密布点，短半径”落到实处，从　１９９９（４）：６　而通过网改后。促使供电量上升。　［２】刘铜矿．农网改造中的几个技术问题Ｕ】．农村电工．１９９９（９）：８　４．３相关领导多与地方党政领导沟通、协调。请各乡镇人民政　［３】吴勇刚．农网改造中出现的几点误区和建议Ｕ】．农业机械化与电　府出台文件．规范农户筹资部分的费用收取，把农网改造变成政府　气化．２００２（６）：３７　与电力部门共同完成国务院农电工作目标的行为。请领导发表电视　［４】陈玉龙、王俊锋．农网改造应以标准化管理为基础Ｕ】．农村电气　讲话，适时召开全市有乡（镇）领导参加的网改现场会，并给各乡镇　化．２００２（３）：７　及有关部门下任务、压担子，保证农网改造工作顺利进行。　４．４加大农电体制改革力度，提前实施减员增效，下岗分流，清　（作者单位系广东电网公司中山供电局）　一９８一