环氧树脂浇注干式变压器局部放电原因分析和控制

环氧树脂浇注干式变压器局部放电原因分析和控制

冯宝发

海南金盘智能科技股份有限公司海南海口570216

摘要：环氧树脂浇注干式变压器作为配电网中的关键设备，近二十几年来，10kV~35kV干式变压器的应用已经日益广泛，干式变压器的安全可靠性对电网系统的可靠运行具有重要的意义。局部放电的指标试验逐步被客户越来越重视，是影响干式变压器安全可靠运行最重要的因素之一，越来越多的客户在订货时都对局部放电量提出十分高的要求，如何控制好干式变压器的局部放电量，特别是对35kV及以上的产品，成为各厂家共同的难题。本文中笔者分析了环氧浇注干式变压器局部放电的机理，对产品的危害和控制措施进行了探讨和评估。

关键词：干式变压器；局部放电；原因分析；控制；改进措施

引言：文章简单地从局部放电产生的机理进行分析，从干式变压器的结构和绝缘特点入手，探讨了产生局部放电的可能性原因。通过相应的试验特征及波形，分析了各种不同的放电情形。阐述如何从产品设计、结构、工艺、生产过程中控制好局部放电量，确保产品的可靠性，为电网提供安全可靠产品，保证电网的安全运行。

1.局部放电的危害

在固体浇注式绝缘中往往更易潜伏工艺性的局部缺陷，这些缺陷是一般的交流耐压试验时无法检测到的，同时现场局部放电试验由于场地等原因几乎不可能进行，导致不利于及时发现和消除隐患，给变压器安全运行带来了隐患。局部放电量很微弱，靠人的直觉感觉，如眼观耳听是察觉不到的，只有灵敏度很高的局部放电测量仪器才能把它检测到。单个放电能量很小，对变压器等电气设备的绝缘强度并不会造成严重影响或危害，但长期运行时，局部放电会逐步扩大，并产生不良化合物，使绝缘慢慢损坏，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生突发性故障。局部放电有多种放电类型，其中一种是发生在绝缘表面的局部放电形式，若能量较大，在绝缘体表面留下放电痕迹时，则影响变压器的寿命。还有一种是放电强度较高，发生在气穴或尖角电极上，集中在少数几点的局部放电形式为腐蚀性放电，此放电能深入到绝缘纸材料的内部，造成绝缘强度下降，最终导致击穿。局部放电是引起绝缘老化并导致击穿的主要原因之一。短时间的放电不一定会造成整个通道的介质受损，而且放电的电解作用使绝缘加速氧化，并腐蚀绝缘，从而降低了变压器的寿命。其损坏程度，取决于放电性能和放电作用下绝缘的破坏程度。变压器在长期运行过程中，其内部绝缘性能下降，在严重的局部放电长期作用下，甚至造成击穿。如干式变压器局部放电量严重超标，其使用寿命一般在5年左右会出现内部绝缘老化而击穿烧毁，有的甚至2~3年就会发生击穿烧毁，这也是目前干式变压器现场运行烧毁的主要原因。

2.局部放电的控制

2.1绕组结构设计

首先，主绝缘距离，在对变压器绕组进行设计时，应确保和考虑到高低压绕组间、高压绕组相间之间、高压绕组对地拥有足够的绝缘距离，这对干变的局部放电控制有很大的帮助；其次，高压绕组纵绝缘距离应留有一定的裕度，绕组层间和段间绝缘距离是控制整个绕组场强的关键因素；同时需要充分考虑到雷电冲击对绕组的影响，绕组的首末几段的层间和段间绝缘需适当加强；绕组的分段数量也是很重要，段数尽量多一点，可以有效降低其场强，如35kV产品高压绕组段数一般应取8段及以上；再次，高压绕组内壁绝缘可适当增加，可有效地降低外部场强，从而降低其局部放电量；最后，高压出线方式，一般情况下，外绕组通过凸台引出，技术比较成熟，高压出头凸台的位置是关键，跨段不要太大，否则容易造成问题。但内绕组是高电压时，要特别注意绕组的出头方式，否则很容易由于绝缘空隙不够引起局部放电，如带电长时间运行，容易造成变压器放电，影响变压器安全运行。

2.2绕组的绕制、装模及真空浇注固化工艺控制

干式变压器的绕组是最关键的，变压器运行的好坏，绝大多数情况下都是绕组发生故障。真空浇注的质量对局部放电的影响至关重要，哪怕是微小的气穴都影响到变压器的局部放电，因此绕组的绕制和浇注、固化等工艺必须严格控制。（1）在绕制绕组时必须熟悉图纸和工艺，各层的匝数和层间绝缘的厚度选取要合理，不能随意更改，绕制时必须保证所有的材料清洁。（2）层间绝缘的材料必须根据不同的树脂选用不同的材料，如树脂是带填料，粘稠度比较大，层间绝缘必须充分考虑树脂的流动性能，确保树脂能充分渗透。绕组内部绝缘材料还须充分考虑与树脂的融合性，有些绝缘材料不容易与环氧树脂充分融合，容易造成分层，产生大气穴，从而影响局放量。（3）装模引线端子焊接时，注意高温破坏绕组的绝缘，焊接的线必须打磨尖角、毛刺等，减少因毛刺和尖角引起的放电。所有引线需包扎绝缘并保证引线之间保证有足够的绝缘距离，并让环氧树脂能充分浸润，整个合模过程保持清洁，不能有金属等异物流入绕组内部。（4）环氧树脂浇注固化工艺。绕组合模完成后，严格按干燥工艺执行烘燥，确保绝缘材料吸收的水分能得到充分干燥，干燥的温度与时间是取决于水分排出重要条件。环氧树脂配料与脱气，配料过程中应严格遵守工艺守则，如材料的配比、温度、真空度及脱气的时间，如带填料环氧树脂，须考虑填料的颗粒度对树脂粘稠度的影响，颗粒度太细，容易引起树脂粘稠度大，影响树脂的流动性，颗粒度太大，很容易引起填料沉淀，颗粒度适中是比较合适的选择。整个浇注、固化过程中应密切跟踪各自的粘度、真空度、温度及气泡现象，混料灌的温度及真空度，绕组（模具）温度控制在指定的工艺范围内，温度尽可能接近树脂的温度，如温度过高，容易造成树脂在局部开始先凝胶，造成流动性差，从而影响浇注质量[1]。

2.3装配工艺的控制

首先，干式变压器装配时须保证高、低压绕组的同心度、高压绕组对上下铁轭的距离、引线之间的距离等符合图纸要求，才能避免引起局部放电；其次，变压器装配过程中，尽可能减少尖角、毛刺等外围因素的影响。对35kV及以上的干变，对金属结构件的尖角进行屏蔽处理是很有必要的；最后电气的可靠接地等也是控制好局部放电的一个重要环节。

2.4原材料的选择与控制

首先，电磁线的选择，最好选用漆包绝缘导线，较其他绝缘导线具有明显的优势，膜包线很难保证树脂能渗透到里面，变压器在运行时，由于热胀冷缩，很容易造成导线与树脂之间产生气穴；要求供应商在生产电磁线时，尽量采取挤压工艺，减少毛刺，同时有专门的去毛刺设备和检测装置，力求将毛刺减少到最小程度；其次，如选用漆包绝缘导线，对漆膜和环氧树脂的相容性试验是十分有必要的。在绕组浇注固化过程中，环氧树脂有可能会将漆膜腐蚀掉，造成导线几乎没有绝缘，容易造成局部放电，严重情况下造成短路；再次，环氧树脂材料的选择，不同的环氧树脂，其特性也不同，对产品的局部放电的影响也很大，应选择粘度小、绝缘强度高的树脂；最后，绕组中的绝缘材料控制，干式变压器的层间绝缘材料质量的优劣直接关系到局部放电量的大小。绝缘材料的介电常数尽可能相近，这样可以保证电场强度的一致性，不同的绝缘材料，介电常数偏差较大的情况下，容易引起电场不均衡，带来放电量增大[2]。

结论：

简而言之，文章主要分析了干式变压器局部放电的原因，根据干式变压器的结构和绝缘特点，从设计、工艺、制造等方面对改善干式变压器局部放电的措施进行了探讨和总结。

参考文献：

[1]岑戎珍,2016,浅谈环氧树脂浇注干式变压器。变压器,33(9).28～31。

[2]韩军、高留志,2016,环氧树脂浇注干式变压器特点的简述。变器,33(9).28～31。