干式变压器绝缘层闪络放电研究

干式变压器绝缘层闪络放电研究

孟春雅

海南金盘智能科技股份有限公司  海南海口  570216

摘要:干式变压器作为电力系统中重要的电力设备，具有结构简单、操作方便、使用寿命长等优点，广泛应用于电力系统的各个领域。 然而，干式变压器绝缘层闪络放电是干式变压器运行中的常见故障之一，严重影响干式变压器的安全运行和使用寿命。为了延长干式变压器的使用寿命和可靠性，本文对绝缘闪络放电的问题进行了深入研究。在分析绝缘闪络放电的机理、特点和原因的基础上，提出了绝缘层闪络放电的处理方法及防止绝缘层闪络放电的对策，为干式变压器的安全稳定运行提供了参考。

关键词:干式变压器;绝缘层;闪络放电

一 引言

干式变压器因其环保、免维护、阻燃等优点，被广泛应用于输配电和变电系统。但在实际运行过程中，可能会出现绝缘失效和闪络放电等问题，严重影响干式变压器的安全稳定运行。

绝缘闪络放电是干式变压器常见的一种绝缘故障模式。它是指变压器的绝缘介质在高电压的作用下发生断裂，引起突然放电，导致绝缘材料损坏，绝缘性能下降，变压器运行失败的现象[1]。由于绝缘闪络放电的复杂性，有必要全面分析和研究该现象的机理、特点和原因，并提出有效的处理方法和预防对策。

二 绝缘闪络放电的机理及特点

（一）绝缘层闪络放电的机理

绝缘层闪络放电是绝缘材料在强电场作用下发生的一种放电现象，产生过程如下：绝缘材料的电场应力超过其击穿强度，在局部形成较高电场强度，引起局部放电的形成，即电晕现象。

（二）绝缘层闪络放电的特点

1. 闪络放电的波形特征

绝缘闪络放电的电流波形很复杂，包括振荡放电电流（拉普拉斯电流）、横向电磁脉冲电流、高频电流等。放电类型的不同，其波形也会有所不同。绝缘层闪络放电通常伴随着高频分量的出现，通常是一系列短脉冲信号。这些信号的幅度很小，大约几微伏至数十微伏，但其频率相对较高，通常在10 kHz至1 MHz之间。

2. 闪络电压相对较小

绝缘层闪络放电的闪络电压比干式变压器的额定电压小得多。电压值一般在2kV至10kV之间，这也受变压器的几何形状和结构的影响。

3. 闪络放电是间歇性的

绝缘层闪络放电是间歇性的、不规则的，其持续时间和频率取决于变压器的绝缘特性和工作条件。在间歇性闪络放电过程中，绝缘材料会受到反复冲击和破坏，导致绝缘老化和劣化。

4. 放电位置：通常绝缘层闪络放电的位置在绕组和铁芯间的气隙处，或者在绕组充电时的表面间隙处。
5. 放电方式：通常绝缘层闪络放电有两种方式：一种是气体放电（即空气击穿）。气体击穿放电是在绝缘层内部产生的一种放电，通常由于绝缘层中存在气体或液体(如水分)等导致局部电场强度超过击穿电场强度时发生。这种放电的特点是在气体内部产生一气体等离子体，气体放电形态有电晕放电和弧光放电两种类型。电晕放电是在绝缘材料表面或电极附近的气体中产生的，形成一些类似光环的放电器件；而弧光放电是在较高电压下，气体放电形成一条弧光，可能伴随有噪声和颜色变化。常见的气体击穿有电容器因施加电压过高而击穿、电线裸露产生电火花、闭合开关时产生的电弧。另一种是表面击穿放电。表面击穿放电是绝缘表面遭受电压过电压而出现表面放电，并在绝缘表面形成放电道，导致表面击穿，会在表面形成一些类似于链条的放电峰，耗散产生的放射热和大量的气体和蒸汽，这种放电通常在特定的电极间距下形成，如图1所示。

图1 高压绕组表面击穿放电

三 绝缘层闪络放电的原因

1. 绝缘材料劣化

干式变压器的绝缘材料主要是环氧树脂，它具有良好的电绝缘性能。但在高温、潮湿等因素的影响下，环氧树脂的绝缘性能会逐渐退化，可能导致绝缘击穿，出现闪络放电。

2. 电场分布不均

干式变压器在运行时，由于各种原因，如变压器的形状和结构、电压波形、绕组的连接方式等，绝缘介质中的电场分布可能不均匀，造成电位差，使得粉尘有序排列，发热、积灰、放电不断循环，形成沿面局部放电路径，沿面放电发展为气体与固体的损坏性放电，在这种情况下，绝缘的某些部分的电场强度会超过绝缘材料的击穿强度，导致绝缘击穿和闪络放电［2］。

3. 金属颗粒和其他杂质

在干式变压器的生产和安装过程中，如果金属颗粒、灰尘或其他杂质进入绝缘介质，就会在绝缘中形成导电路径，从而降低绝缘强度，可能造成绝缘击穿和闪络放电。变压器运行时，电场强度较高的位置更易吸附粉尘颗粒，通常附着在高压绕组表层，导致温度持续上升。当粉尘积攒到一定量、温度达到一定值时，表层会出现小桥，发生沿面放电并不断恶化，沿面放电时高压气体会造成绝缘层裂缝，出现新的放电点，从而构成闪络放电。

4. 过电压

变压器在电力系统中经常受到瞬态过电压和长期过电压的影响，这些过电压超过了绝缘材料的耐压能力，会导致闪络放电和局部绝缘击穿。

5. 湿度和温度

绝缘材料的性能受环境因素的影响比较大，特别是湿度和温度。如果变压器运行环境湿度过大或温度过高，就可能导致绝缘层性能下降，容易发生闪络放电。

   四 绝缘层闪络放电的处理方法

干式变压器出现绝缘层闪络放电时，应对放电位置开展绝缘处理，利用砂纸对绕组表层进行打磨，清洁粉尘，把表面污秽及碳化清理干净，用丙酮去湿之后涂抹PRTV防污闪漆，痕迹位置进行加厚处理。并且对干式变压器展开诊断性实验，项目包括直流电阻、绝缘电阻实验，对闪络放电沿面展开遥测，对变压器进行喷盐水试验，验证变压器表面奶电痕腐蚀能力，从而排除线圈对放电位置有贯穿性破坏。

五 防止绝缘闪络放电的对策和方法

1. 加强绝缘处理

防止绝缘闪络放电的关键是加强干式变压器的绝缘处理。在绝缘设计和生产过程中，应选择优质的绝缘材料，确保绝缘强度符合变压器的要求。在电场强度过大的位置合理增加绝缘层厚度，可明显降低气隙中场强与灰尘吸附后的沿面放电概率，针对其运行条件，在绝缘层闪络放电处和安全阻隔网之间安装绝缘挡板，可避免电晕造成粉尘小范围的集中堆积。此外，应定期进行绝缘测试和分析，及时发现和消除绝缘缺陷。

2. 改善电场分布

为防止电场分布不均引起的绝缘闪络放电，必须优化变压器的装置结构和绕组连接方式，改善绝缘结构，降低局部过电压的风险。在制造工艺方面，尽可能减少浇注时出现绝缘层气隙，增厚绝缘涂层，保证高低压绕组高度相等，均匀分布电场，以实现干式变压器的良好运行。

3. 减少环境干扰

在干式变压器的运行过程中，要避免水分、灰尘等杂质的干扰，保证温度、湿度符合绝缘材料性能的要求。如果运行条件较为恶劣，如湿度大，空气中灰尘等极易吸附在变压器上，则需合理缩减变压器的维护检测时间间隔，及时进行维护、清洁，以保证干式变压器的稳定运行。

4. 加强绝缘监测

对干式变压器的绝缘状态进行实时绝缘监测，及时发现隐患，并采取有效措施，防止绝缘闪络放电的发生。绝缘监测的方法很多，包括局部放电检测、电容和正切三角测量、热成像等。

结论

绝缘层闪络放电是干式变压器的一种常见故障模式，严重影响变压器的安全稳定运行。本文全面分析了绝缘层闪络放电的机理、特点和原因，并提出了有效的处理方法和预防对策。通过不断研究和实践，可以进一步提高干式变压器的安全性和稳定性，为现代电网的发展提供可靠的技术保障。

参考文献:

［1］张建亭，徐若军，黄嵩，等.干式变压器绝缘层闪络放电分析［J］．变压器，2016，53(01):71－74.

［2］张艳.矿用干式变压器绝缘状态评估方法分析［J］．山西焦煤科技，2018，42(08):3.

［3］张莎，宋建成，温敏敏，等.干式变压器绝缘气隙放电特性研究［J］．绝缘材料，2018，51(09):7.