1引言
變壓器局部放電量是衡量變壓器設計、制造質量的重要參數(shù)之一。當局部放電量較高時，可引起局部絕緣損傷并逐漸擴大而導致絕緣終擊穿。因此，局部放電問題愈來愈受到變壓器制造和運行部門的重視與關注。
針對一臺容量為75MVA、電壓為110/20kV變壓器，在局部放電試驗時低壓側視在放電量為3000pC，高壓側視在放電量為800pC的三相局部放電測量結果嚴重超標問題，通過局部放電超聲定位測量，初步確認放電發(fā)生在低壓出線端附近。由于近距離監(jiān)聽到三相都有明顯的放電響聲，但沒有發(fā)現(xiàn)套管外表面有放電光暈，說明放電不在外部而在內部。
經(jīng)過對低壓套管及其連接部位的油箱法蘭、壓腳等金屬部件（圖1所示）的檢查，未發(fā)現(xiàn)連接不良和金屬雜質等異常情況，因此排除了懸浮放電的可能。根據(jù)低壓套管放電部位的結構分析和檢查情況，作者初步認為由于低壓引線（高電位）與
圖1低壓套管結構簡圖
油箱法蘭（接地體）之間的電場分布過分集中造成油中法蘭拐角處*放電。為此，本文對低壓套管及其連接部件構成的區(qū)域建立了簡化模型并進行了兩個方案電場的數(shù)值分析，為解決局部放電超標問題提供了可靠數(shù)據(jù)和改進措施。
2放電影響因素和簡化模型
影響變壓器套管局部放電的因素除了與試驗時所施加的電壓和時間有關外，將主要取決于套管及其連接部位的油箱法蘭、壓腳等的設計結構和加工制造質量，因此，引起套管局部放電的原因可以是變壓器套管絕緣結構材料的性能質量包括變壓器油、瓷套和裸金屬電極，由于這些材料的絕緣性能不同，加上設計、工藝或制造方面的質量問題，其內部易于產(chǎn)生局部缺陷，如油中的氣泡或雜質、金屬表面加工的粗糙度或尖角毛刺、連接不良、焊縫及附在其上的焊渣等，并使套管絕緣結構中的電場分布不均勻，甚至在局部區(qū)域產(chǎn)生的電場過于集中，從而，發(fā)生局部放電。局部放電的產(chǎn)生與放電部位的電場強度及分布均勻程度等有關，因此，根據(jù)套管結構特點和局部放電影響因素，建立合理的數(shù)學物理模型十分重要。
變壓器低壓套管及其連接部位的結構如圖1所示。根據(jù)套管結構對稱性和求解問題的關心部位，在不考慮套管偏心影響時其簡化軸對稱物理模型如圖2所示。在圖2中，根據(jù)絕緣介質的不同，分為四個子區(qū)域：即導電桿與瓷套構成的油隙區(qū)、瓷套區(qū)、瓷套與油箱及連接法蘭構成的油隙區(qū)、螺栓與法蘭、壓板、瓷套圍成的空氣隙區(qū)，四個子區(qū)域的相對介電常數(shù)分別取為2.2，6.0，2.2和1.0。其中，方案1為原設計（局部放電超標），方案2為改進設計（套管外徑表面噴涂鋁導電層，并通過壓板、螺栓與油箱法蘭緊密連接而形成統(tǒng)一的接地體），兩個方案的左右邊界均為一類邊界條件（左邊界為高電位，右邊界為地電位），上下邊界取二類齊次邊界條件，由此，可確定軸對稱靜電場的有限元數(shù)學模型及邊值問題。
3電場數(shù)值分析和處理對策
3．1數(shù)值分析結果
利用有限元方法，對變壓器套管下部外表面噴涂鋁導電層前后兩個方案的電場分別進行了計算，法蘭盤內徑側忽略倒圓角時的等電位線分布如圖2的方案1和方案2；方案1的法蘭盤內徑側倒半徑為5mm圓角和10mm圓角時的等電位線分布如圖3，相應的大電場強度值和發(fā)生部位列于表1。
圖2變壓器套管及其下端連接部位的電場分布圖
圖3變壓器套管及其下端連接部位的電場分布圖
(方案1的法蘭盤內徑側倒圓角5mm)
表1 大電場強度計算結果及發(fā)生部位
電場強度方 案 大電場強度（kV/mm） 發(fā)生部位
方案1法蘭不倒角 3.37 法蘭上角處的油隙
方案1法蘭倒5mm圓角 2.18 法蘭上角處的油楔
方案1法蘭倒10mm圓角 2.61 法蘭上角處的油楔
方案2（改進設計） 1.63 導電桿表面油隙
從圖2和圖3中可看出，由于磁套區(qū)的介電常數(shù)遠大于變壓器油區(qū)的介電常數(shù)，因此，等電位線分布密集的地方為兩個油隙區(qū)。原設計（方案1）的電場分布在瓷套與油箱法蘭之間的油隙內較集中，其大電場強度出現(xiàn)在油箱法蘭上部拐角處的油隙，約為3.37kV/mm，表1中計算結果表明，法蘭盤內徑側是否倒圓角將直接影響大電場強度，并且，法蘭盤倒圓角的大小并不是越大越好；而套管下部表面噴涂鋁導電層后的改進設計（方案2）的電場分布均勻程度明顯提高，使大電場強度降低為1.63kV/mm，并出現(xiàn)在靠近套管導電桿表面的油隙中，這主要是由于變壓器套管的下部外表面噴涂鋁導電層及接地后對瓷套與法蘭孔間的油隙起到了電屏蔽作用。此外，若套管安裝不對稱或偏心，電場強度值將比上述分析結果大。
3．2原因分析及處理對策
從上述兩個方案的計算結果可知，方案2明顯優(yōu)于方案1，一方面，套管改進前后的大電場強度降低了2.07倍，另一方面，電場分布均勻程度得到了明顯提高，并使大電場強度的發(fā)生部位從瓷套外油箱法蘭上部拐角處的油隙轉移到靠近套管導電桿表面的油隙中。由于導電桿表面鍍錫，其光潔度較高，而法蘭盤厚度為20mm，其孔徑加工較粗糙，上下邊緣倒弧角過小易形成裸金屬*或毛刺，使該處的電場發(fā)生畸變，從而，造成放電起始電壓降低，形成油中*放電，實際變壓器局部放電試驗時的放電形態(tài)與響聲證明了這一分析結論。因此，在瓷套局部表面通過噴涂鋁導電層并使其接地的方案2大大提高了局部放電耐受能力，后的產(chǎn)品設計采用了方案2，并對其它影響局部放電的因素如套管安裝時的同心度、油箱法蘭盤的內徑側弧度等進行了嚴格控制，經(jīng)過采取這些處理措施，使變壓器局部放電量由原來的3000pC降低到100pC以下，成功地解決了由于電場集中造成的局部放電超標問題。
4結論
通過對變壓器套管及其連接部位構成的局部放電區(qū)域建立合理的簡化模型和兩個方案電場的有限元分析，使改進后的套管大電場強度和發(fā)生部位有利于避免*油隙放電，從而，確定和改進了低壓套管設計，為解決局部電場集中造成的變壓器局部放電超標問題提供了可靠數(shù)據(jù)和分析依據(jù)。
5參考文獻
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處理方法：旋開分接開關的風雨罩，卸下鎖緊螺絲，用搬手把分接開關的軸左右往復旋轉10～15次，即可消除這種現(xiàn)象，修后立即裝配還原。其次，終端桿引至跌落式熔斷器的引下線采用裸鋁或裸銅絞線，但張力不夠，再加上瓷瓶扎線松馳所致。在黃昏和黎明時可見小火花發(fā)出“吱吱”聲，這與變壓器內部發(fā)出的“吱吱”聲有明顯區(qū)別。處理方法：利用節(jié)假日安排停電檢修，將故障排除。
“噼啪”的清脆擊鐵聲。這是高壓瓷套管引線，通過空氣對變壓器外殼的放電聲，是變壓器油箱上部缺油所致。
處理方法：用清潔干燥的漏斗從注油器孔插入油枕里，加入經(jīng)試驗合格的同號變壓器油(不能混油使用)，補油量加至油面線溫度+20℃為宜，然后上好注油器。否則，油受熱膨脹會產(chǎn)生溢油現(xiàn)象。如條件允許，應采用真空注油法以排除線圈中的氣泡。對未用干燥劑的變壓器，應檢查注油器內的排氣孔是否暢通無阻，以確保安全運行。
沉悶的“噼啪”聲。這是高壓引線通過變壓器油而對外殼放電，屬對地距離不夠(＜30mm)或絕緣油中含有水份。
驅潮的方法：另從三相三線開關中接出三根380V的引線，分別接在配電變壓器高壓繞組A、B、C端子上，從而產(chǎn)生零載電流，該電流不僅流過高壓線圈產(chǎn)生了銅損，同時也產(chǎn)生了磁通，磁通通過線圈芯柱、鐵心上下軛鐵、螺栓、油箱還產(chǎn)生了鐵損，銅損和鐵損產(chǎn)生的熱能使變壓器油、線圈、鐵質部件的水份受到均勻加熱而蒸發(fā)出來，均通過油枕注油器孔排出箱外。低壓線圈中感應出25V的零載電壓，作為油箱產(chǎn)生渦流發(fā)熱的。從配電變壓器的低壓繞組a、b、c端子上，接出三根10～16mm2塑料鋁芯線，分別在油箱外殼上、中、下纏繞三匝之后，均接于配電變壓器低壓繞組零線端子上，所產(chǎn)生的渦流發(fā)出的熱能能使配電變壓器油箱受到均勻加熱，進一步提高配電變壓器的干燥質量。注意，若焙烘的溫度高于配電變壓器的額定溫度，去掉B相電源后即可降低干燥時的溫度。
“吱啦吱啦”的如磁鐵吸動小墊片的響聲，而變壓器的監(jiān)視裝置、電壓表、電流表、溫度計的指示值均屬正常。這往往由于新組裝或吊芯檢修時的疏忽大意，沒將螺釘或鐵墊上緊或掉入小號鐵質部件，在電磁力作用下所致。
處理方法：待變壓器吊芯檢修時加以排除。
特殊噪聲。由于負載和周圍環(huán)境溫度的變化，使油枕的油面線發(fā)生變化，因此，水蒸氣伴隨空氣一并被吸入油枕內，凝成水珠，促使內部氧化生銹，隨著積聚程度加劇，會落到油枕的下部。鐵銹通過油枕與油蓋的連通管，堆積在部分軛鐵上，從而在電磁力的作用下產(chǎn)生振動，發(fā)出特殊噪聲。這還會導致變壓器運行油機械雜質增多，使油質惡化。
處理方法：油枕與集泥器的清潔是同時進行的，應根據(jù)變壓器的負荷情況，溫升狀況來決定。使用經(jīng)驗證明，兩年清潔一次為好。
繼續(xù)放電聲。變壓器的鐵心接地，一般采用吊環(huán)與油蓋焊死或用鐵墊腳方法。當脫焊或接觸面有油垢時，導致連接處接觸不良，而鐵心及其夾件金屬均處在線圈的電場中，從而感應出一定電位，在高壓測試或投入運行時，其感應電位差超過其問的放電電壓時，即會產(chǎn)生斷續(xù)放電聲。
處理方法：吊芯檢查。把接地脫焊面清除干凈，重新電焊或把油泥消除至清潔為止，保持良好的接觸狀態(tài)。同時應以500V搖表測試，鐵心與變壓器外殼要接地良好。
通過測試變壓器的絕緣電阻，可大致了解絕緣老化程度。絕緣電阻的測量，包括測量一次、二次繞組對地的絕緣電阻和一次與二次繞組之間的絕緣電阻。測試方法如下：
(1)測量額定電壓為1kV以上的繞組用2500V，1kV以下者用1000V或2500V兆歐表。
(2)測量前，先將變壓器套管清潔干凈，以免引起泄漏電流，影響測量結果的準確性。(3)測量時非被測繞組應接地。先將變壓器的外殼和高壓繞組接地，測量低壓繞組；再將變壓器的外殼和低壓繞組接地，測量高壓繞組。
(4)測量時如用手搖式兆歐表，應以120r／min速度轉動手柄，使指針逐漸上升，直至指針指示穩(wěn)定后再記錄讀數(shù)。
(5)絕緣電阻應以變壓器繞組浸于油中時所得的數(shù)值為準(指油浸式變壓器)，變壓器注油后應靜放5—6h再進行測量。把測量結果與投入運行前的數(shù)值作比較，如果下降顯著(低于70％)，則應進行試驗，做出全面分析。
(6)注意事項。
①測量應在良好天氣條件下進行，且被測變壓器及環(huán)境溫度不宜低于5。據(jù)水電部科學研究院統(tǒng)計，環(huán)境溫度低于5時測量結果往往不準確。
②測量時，環(huán)境濕度不宜大于75％，因為濕度對表面泄漏電流的影響較大，使絕緣電阻降低。
③每測完一次絕緣電阻后，要將電荷放盡(用導線短接接線端子)；否則，第二次測量時，會有絕緣電阻增大的假象。
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