變壓器常識

返回 1.區域性放電(一)

2.區域性放電(二)

3.區域性放電(三)

4.區域性放電(四)

5.三相交流系統的對稱分量法

6.空載電流的諧波分量

7.變壓器不對稱執行時的對稱分量

1.區域性放電（一）

在電場強度作用下，在變壓器絕緣系統中區域性區域有絕緣性能薄弱的地方會被激發出區域性放電，區域性放電是不足以貫通施加電壓的兩個電極間形成放電通道，即平常所說的擊穿。如果將區域性放電量控制在一定放電量水平以下，對絕緣不會引起損傷，所以區域性放電試驗是一種無損探測絕緣特性的試驗，在一定的區域性放電試驗電壓與大於區域性放電試驗電壓並模擬執行中過電壓的區域性放電預激發電壓作用後，在以後的區域性放電試驗電壓持續時間內測區域性放電視在放電量，如區域性放電視在放電量小於標準規定值，即認為變壓器能通過區域性放電試驗。這項試驗比傳統的短時工頻耐壓試驗要嚴格，因短時工頻耐壓試驗是以絕緣結構中是否有擊穿作為能否通過試驗的準則。

區域性放電試驗能檢測出絕緣上薄弱的部位，在執行中檢測區域性放電量可探測出潛在的絕緣薄弱部位。而短時工頻耐壓試驗，只能探測到絕緣結構能否承受住各種過電壓或試驗電壓的作用，要麼承受住，要麼承受不住，發現不了潛在的絕緣薄弱地位。所以說，區域性放電試驗是一種比較理想的絕緣試驗專案，是一項正在推廣應用範圍的試驗專案，凡是能通過區域性放電試驗的變壓器，在執行中可靠性是比較高的。

因此應對區域性放電特性及檢測加以研究，使變壓器達到低區域性放電量水平的要求，某些試驗用變壓器還應達到無區域性放電的水平。

在油紙絕緣的變壓器中，在內部帶電電極上，固體絕緣部件的表面 (油與絕緣材料的分介面)或內部、變壓器油內部所發生的區域性放電都統稱為區域性放電，發生在被氣體所包圍的電極表面或附近氣體中區域性放電則稱為電暈。變壓器的允許區域性放電量水平不包括套管在空氣中的電暈所產生的允許區域性放電量水平，只是指油箱內部所產生的區域性放電量水平。對三相變壓器可以分相測出每一相的區域性放電量水平。

對每一相的區域性放電量而言，包括其它繞組傳遞到被測繞組的區域性放電量。每一相的高壓、中壓與低壓繞組有其各自的區域性放電量。每一相高壓繞組(或中壓或低壓繞組)的區域性放電量可能來自線端套管、中點套管、有載調壓分接開關或無勵磁分接開關、引線、繞組、各種接地零部件、絕緣內部、變壓器油等處。

但最容易產生區域性放電的地方是氣隙、絕緣件內部的氣隙、變壓器油中氣泡。

當變壓器上施加電壓後，絕緣介質內承受的電場強度與介電常數成反比，如紙中含氣隙，紙的介電常數比氣隙的介電常數要高。因此氣隙要承受較高的電場強度，而氣隙的允許場強又低。因此，紙中氣隙是絕緣上的薄弱點，最易產生區域性放電。

當然氣隙會不會產生區域性放電要達到兩個因素：首先，氣隙上的承受場強超過起始區域性放電允許場強；其次氣隙內要存在一定的有效自由電子。

所以，要控制絕緣材料內不准有氣隙存在，包括製造中剩留的氣隙及執行中絕緣材料裂解出的氣體所形成的氣隙，在絕緣件乾燥時要注意加溫與降溫的速度，防止驟熱膨脹後形成絕緣件開裂層中的氣隙。變壓器油必須脫氣後才能注入變壓器中。要控制最熱點溫度不超過 140℃～160℃，避免紙和油的裂解。

變壓器試驗前要停放足夠時間，區域性放電試驗前要將頂部存氣，通過放氣閥釋放盡。

另外，對帶電電極或接地電極而言都應有電極表面圓整化處理，以降低承受場強。防止各種懸浮電位的電極存在。因為帶電電極，接地電極與懸浮電位電極都有可能產生區域性放電，往往是接地電極產生的區域性放電不被人們所注意。

變壓器油中存金屬雜質時就是懸浮電位的電極。可通過採用低介電常數絕緣紙與紙板來改善場場強分布。

總之，低區域性放電量的變壓器具有較高的執行可靠性。

2.區域性放電(二)

目前都是通過視在放電電荷來評定區域性放電對絕緣系統的危害程式。實際發生區域性放電處的放電電荷無法檢測，通過等效電路可推導出視在放電電荷與實際放電電荷的關係式，所以可用穩定的、最大的視在放電電荷 pc量來標定區域性放電量。一般視在放電電荷要比實際放電電荷小，故允許的變壓器本體區域性放電量已考慮這個因素而規定得低些。

但應注意，當變壓器採用油紙套管時，套管的區域性放電量將按變壓器入口電容與套管電容之比放大而相當於變壓器本體的視在放電量。所以套管的區域性放電量允許值要比變壓器本體區域性放電量允許值低得多。如變壓器入口電容等於套管電容的10倍，那麼套管內產生10pc的放電量，相當於100pc的變壓器本體視在放電量。

對變壓器本體區域性放電量有嚴格要求時，應同時對套管放電量作嚴格的控制，只有套管區域性放電量符合規定後才能裝到變壓器主體上。

另外要注意，只有在變壓器線端測得的區域性放電量才能評定變壓器的區域性放電水平，在三相變壓器中點測得的區域性放電量不能用作評定變壓器區域性放電水平的評定，因為從中點測得的放電量有較大偏差，不能反映實際情況。從 a、b、c三個套管(包括高壓、中壓、低壓各三個套管)可測得每相每個繞組的區域性放電量。

評定變壓器區域性放電量主要指油內絕緣系統，不包括套管在空氣中的電暈，因此允許在套管頂部帶電部分加遮蔽罩以防止外部電暈對區域性放電量實測值的影響，聯接線外加防暈管 (注：外部電暈一般用無線電干擾的μv數評定，μv與pc間無直接聯絡，還不能折算)。要防止來自電源的高頻干擾，來自中間變壓器產生的區域性放電量的干擾，試驗時可採用安全接地與保護接地，但接地線不能形成環路，接地阻抗要盡量小，應在有遮蔽的大廳內作區域性放電試驗。

在區域性放電試驗中，還應測量區域性放電的起始放電電壓與熄滅放電電壓，對油紙絕緣的油浸式變壓器而言，熄滅放電電壓低於起始放電電壓，所以，熄滅放電電壓應高於系統最高工作電壓，即 u m / 。變壓器本體、套管、有載分接開關或無勵磁分接並關都應符合熄滅放電電壓的規定。

區域性放電試驗是一項出廠試驗，在試驗程式上，區域性放電試驗可預做一次，以便發現有無潛在絕緣性故障，另外在全部絕緣介質試驗後正式做一次，以檢測絕緣介質試驗中有無絕緣上的潛在故障。

區域性放電試驗時，對地試驗電壓與相間試驗電壓是不相等的。以單相電源作區域性放電試驗時，相間試驗電壓等於 1.5倍對地試驗電壓，以三相電源作區域性放電試驗時，相間試驗電壓等於倍對地試驗電壓。

所以，必須核對區域性放電試驗時的相間試驗電壓，要防止相間有較高的區域性放電水平。如果u m =126kv變壓器要進行長時間感應試驗並附帶測量區域性放電水平的特殊試驗時，必須核對區域性放電時相間的承受場強。

對一台三繞組變壓器而言，允許的區域性放電的視在放電電荷 pc規定值是適用於每個繞組。不是單指高壓繞組要遵守此限值。對用於高壓的套管要控制其區域性放電量，用於中壓與低壓套管也要控制其區域性放電量。

對於分接開關也一樣。對於低壓注油式套管要另接電容分壓器測低壓的區域性放電量。

對高壓、超高壓與特高壓變壓器而言，如採用強油迴圈冷卻時，在作區域性放電試驗過程中，標準中沒有規定要啟動潛油幫浦。但應保證變壓器內無雜質。

也可以對執行中變壓器作區域性放電的**檢測，這樣，可及時發現潛在絕緣故障，可提醒應及早解決這些潛在故障。

3.區域性放電(三)

承受電場強度的大小能較大程度地影響變壓器區域性放電的視在放電電荷值。

對油浸式變壓器而言，當變壓器油中含有不同介電常數的雜質時，場強分布會受到一定的影響。是引起區域性放電的主要因素。

今以平板電極為例來說明：

圖 1a為平板電極間均勻電場的等位線分布電極間介質的介電常數為ε 1 ；

圖 1b為平板電極間含有介電常數為ε 2 的介質時電場畸變，ε 2 ＜ε 1 ；

圖 1c為平板電極間含有介電常數為ε 2 的介質時電場畸變，ε 2 ＞ε 1 。

圖1 不同介電常數的雜質對均勻電場的影響

a-均勻電場的等位線分布、介電常數為ε 1；

b-當雜質的介電常數為ε 2 ，且ε 2 ＜ε 1；

c-當雜質的介電常數為ε 2 ，且ε 2 ＞ε 1。

在平板電極間混入另一球形介質時場強計算可按圖 2進行。

圖 2 電場強度為e 0 的均勻電場中混有另一球形或圓柱形介質時的場強計算用圖

當混入的介質形狀為球形時，那麼球內 (r≤r)沿z軸方向的場強，按圓柱面座標制計算時為：

（1）式中 e 0 為原均勻電場的場強。

當ε 2 ＜ε 1 時 ,e z ＞e 0 意思是介電常數為ε 2 的介質球位於介電常數為ε 1 ＞ε 2 的均勻電場中時，由於電場的畸變，使介質球內的場強增大了。如果ε 1 為變壓器油的介電常數，且ε 1 ＝２.5;ε ２為空氣的介電常數ε ２＝１，那麼，e z =1.

25e 0 。由於空氣泡的工頻許用場強很低，僅2mv/m左右，故當變壓器油內的場強e 0 達1.6mv/m時，空氣泡就放電了，這樣，一旦在變壓器油中混入空氣泡時，就會使油的許用場強降低，同時，由於空氣泡受到介質力的作用還會向低場強處移動。

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