高电压环氧树脂浇注电力变压器局放分析与改善.pdf

电力 DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 2 0 5 0 0 2 高电压环氧树脂浇注电力变压器局放 分析与改善 张敏 ( 顺特电气设备有限公司，广东佛山 5 2 8 3 0 0 ) 摘要 ：为提高高电压环氧树脂浇 注电力 变压 器在长期运行时的可靠性 ，通过对影 响变压器长期运行 可靠性的绝缘介质局部放 电 产生原理进行分析，以及对不同结构多种产品的局部放电进行测试、分析，提出了产生局部放电的主要原因，阐述了改善的方 法和应用效果。 关键 词 ：高电压 ；绝缘结构 ；局部放电 中图分类号 ：T M4 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 99 4 9 2f 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 0 5 0 4 An a l y s i s a n d I mp r o v e me n t o f t h e P a r t i a l Di s c h a r g e 0 f Hi g h - Vo l t a g e Ca s t Re s i n Po we r Tr a n s f o r me r s ZHANG Mi n ( S u n t e n E l e c t r i c E q u i p m e n t C o ，L t d ，F o s h a n 5 2 8 3 0 0 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：T o i mpr o v e t h e l o n g - t e r m r e l i a bil i t y o f t h e h i g h v o l t a g e c a s t r e s i n p o we r t r a n s f o r me r s ，b a s e d o n t h e t h e o r y a n a l y s i s o f d i e l e c t r i c p a r t i a l d i s c h a r g e s wh i c h a f f e c t s l o n g t e r m r e l i a b i l it y o f t h e t r a ns f o r me r ， a s we l l a s t h e p a r t i a l d i s c h a r g e t e s t i n g a n d a n a l y s i s f o r a v a r i e t y o f p r o d u c t s o f d i f f e r e n t s t r u c t ur e s ， t h e ma i n r e a s o n s o f p a r t i a l d i s c h a r g e a r e p r o p o s e d ， i mpr o v e d me t h o d s a n d a p p l i c a t i o n s a r e f i g u r e d o u t Ke y wo r ds ：h i g h - v o l t a g e；d i e l e c t r i c s t r u c t u r e ； p a r t i a l d i s c h a r g e 0引言 随着电力系统 向高电压大容量方 向发展 ，电 力变压器的额定 电压和单台容量也相应提高。为 使高 电压电力变压器有可靠 的绝缘结构 ，通 常是 降低绝缘 中的过 电压f 雷 电过电压波和操作过电压 波) 水平 。根据高压变压器的运行经验 ，即使变压 器在出厂时已通过高 电压的绝缘试验 ，如 ：冲击 试验 、操作波试验 、外施高压试验和感应高压试 验等 ，也不能完全保证变压器绝缘满足长期运行 的可靠 性要求 。这些高电压 的绝缘试验 ，仅考核 变压器在运行 中遭受大气过 电压和操作过 电压作 用下的短 时耐受能力 ，而与长期工作过 电压之间 并无 内在的联系 。 许多变压器的损坏 ，不仅是 由于上述 的过 电 压的短时作用 ，而是由于多次过电压的积累效应 和长期 在工频工作电压下局部放 电造成 的。绝缘 介质中的局部放电，虽然短时放电能量很少 ，但 收稿 日期 ：2 0 1 1 1 2 0 6 由于它的长时间存在 ，会对绝缘材料产生破坏作 用，最终导致绝缘击穿。为了保证变压器在规定 的寿命期 问内，不致因局部 的放电而破坏 ，必须 确定一个合理的允许放电量。同时，希望通过一 种对绝缘有效考核的试验 ，即局部放电试验来等 效考核高电压变压器在长期运行时的可靠性 。 本文仅对高电压环氧树脂浇注 电力变压器的 绝缘结构中发生的局部放 电作出分析并提出改善 方法。 1 局部放 电产 生的原理 局部放电是指变压器中的绝缘介质在高 电场 强度 的作用下 ，绝缘结构 中电极之间只有部分区 域发生放电，而未贯穿施加电压的导体之间的放 电情况。这种放电可在导体附近发生，也可能不 在导体附近发生；在环氧树脂浇注变压器中，局 部 放 电可 能 产 生 在 线 圈浇 注 固体 绝 缘 空 穴 中 ( 如线 圈段 问 ，线 圈匝间 ，高 、低压绕组间 ，相 电网 间 ，绕组对铁心间)和引线对接地部件等。 局部放 电产生的原因是 由于绝缘结构 中存在 着弱点 ，一般认 为这些弱点 为绝 缘 中存在空穴 ， 此空穴通 常充满 了气体 。对于浇注绝缘变压器的 局部放 电 ，除外部 的引线 绝缘外 ，其主要原因是 由于变压器线 圈在真空浇注以及 固化时 的工艺处 理不佳 ，就有 可能会在环氧树脂绝缘 中存在空穴 ( 即气体)这种现象。带有空穴的环氧树脂绝缘体 在 电场作用下 ，由于气体的介电系数小 于环氧树 脂的介电系数 ，故空穴上所承受的场强比其邻近 的环氧树脂 高 ，因而空穴将首先 产 生局 部放 电。另外 由于设计 和 制造上 的原因 ，绝缘结构 中的某 些部位 ，例 如 ：导线有 毛刺部 位 、线 圈绕制 的尖角处 ，线 圈的 段间电压过高位置等等，受到了 过 高的 电场强度作用 也会发生局 部放 电。 2产 品的现 状调 查 产 品随机抽样 ，抽得 型号为 S C B 9 1 6 O 0 3 5 ， S C B 9 1 2 5 0 3 5和 Z Q S C 9 3 3 0 0 3 5共 4台 产 品 按 但 每相线 圈承受 的额定 电压较低( 高压联接为 Y N 接) 时 ，其局部放电量是否不 同呢?为此跟踪做完 各 项 例 行 试 验 ，其 中三 相 线 圈局 放 量 均小 于 1 0 p C，其原 因是该产品高压三相线 圈Y接 中性点 连接引出，线圈承受 的电压为 3 5 = 2 0 2 k V，比 三相线圈 D接承受 3 5 k V电压时低。再用同样 的方 法 ( 高压 一端 测 量 ，一 端 接地 ，逐 相 测 量1 测 量 Z Q S C 9 3 3 0 0 3 5 ( 高压联接为 D接1 ，发现其三相线 圈局部放 电量均 大于 2 0 0 p C 。由此可见 ，线圈承 受的电压与局部放 电量有着很大的关系。 垫块 线 圈 树脂垫块和橡胶垫块粘帖不好 浇注有气泡 卜一 风道电压大 清洁度不够 压碗结构 清洁度不够 浇注有气泡 线圈段间电压大 引线质量不好 G B 1 0 9 4 1 1 - 2 0 0 7 规定做 了局部放电试验 ，其结果 如表 1 所示。 表 1 局部放 电试验结 果 试验结果全部远远超出G B 1 0 9 4 1 1 - 2 0 0 7 电 力变压器 第 1 1 部分 ：干式变压器中第2 2 5 条 局部放电接受水平 1 0 p C的要求。而额定电压较低 的 1 0 k V产 品局 部放 电量都 能满 足 1 0 p C的要 求 ， 绝大多数 的局部放电量甚至达到小于5 p C 。 为进一步确认高电压等级的产品局放量是否 偏大 ，在 同样高 电压等级 的产 品 S C 9 1 6 0 0 0 3 5 ， 出线螺杆放电 出线端子 图1 原因分析 绝缘子有气泡 高电压 局放量 3 原 因分析 根据 图 1 ，环 氧浇注 电力变压 器产生局部放 电的原 因较 多 ，为 了简化局部放 电的试验工作 ， 先把主要原 因确定下来。 4主要原 因确 认 根据 现有 的技 术经 验 以及树 脂浇 注 工艺 分 析 ，对 以上各 原因进行 了论证 ，确定 了局放 的主 要原 因 ：( 1 )线 圈的段间电压 ；( 2 )线圈浇注工 艺 ；( 3 )垫块 浇注工艺 ；( 4 )压碗结构 ；( 5 )出 线端子的螺杆结构 ；( 6 )绝缘子的质量。 各结构位置见图2 。 5 分析解决 根据 以上主要原 因，对可能存在 的问题进行 研究分析 ，制定措施 ，逐一排查和解决，如表2 所 示 。 6实施 按表 2 逐项实施 ，并及时检查与总结。 实施 1 ：检验线圈段 问电压及浇注工艺 针对线圈段间电压和浇注时 出现的气泡对局 一 电力电 压 图2结构位置 表 2 存 在问题与解 决措施 序号 存在问题 措施 l 线圈段间电压设计合理性 对不同 线圈进行局放测量， 设计的 合理性判断 2 线圈浇注工艺及质量 对不同线圈进行局放测量，看现有工艺是否满足要求 3 垫块质量 对垫块单独进行局放测量 4 压碗结构 压碗结构改成压板结构， 两结构测量局放对比 5 出线端子结构 使用盖形螺母，改善出线端子电极形状，前后结构测量局放对比 6 绝缘子质量 对绝缘子单独进行局放测量 放 的影响 ，分别对 Z Q S C 9 3 3 0 0 3 5 和 S C 9 5 0 0 0 3 5 的六 只高压线圈单独进行局部放 电测量 ，发现线 圈局放量均小于 l O p C，这说明现在 的设计和工艺 技术均满足局放要求。 实施2 ：垫块和绝缘子的质量检查 模拟实物绝缘结构 ，反映垫块 和线圈端部的 绝缘爬电距离，以达到真实的试验结果 ，使用以 下试 验方法 ：在 下面的容器桶 内 ，用 一块 4 0 mm 高的环氧树脂浇注块模拟变压器的端绝缘 ，把它 贴放在垫块右侧 ；并分别在垫块左侧和树脂浇注 块右侧放置两大小合适浇注螺母作电极，施压测 试局放 ，如图3 所示 。 共测试 3 块 ，发 现垫 块局放 均在 l O p C左 右 ( 一块为 1 2 p C，一块为 8 p C ，另一块为6 p C ) ，表明 外购件性能 、质量符合要求 ； 在绝缘子 的上下端安装 孔上装上螺栓 ，测量 绝缘子局放均在 l O p C以下 ，表明外购件性 能、质 量符合要求 。 实施 3 ：垫 块原压碗结 构改 为压板结构 为了检查压碗处是否有 电场 过份集 中的现象 ，取 Z Q S C 9 3 3 0 0 3 5 产品的单个线圈测量局 放 ：没有装上垫块时测量 ，变压 器的局放会 较少 ；装 上垫块( 但 压钉未拧 上) 测量 ，局放量会 增 加 ；拧上压钉后测量 ，局放量就 更大。此时，上、下垫块的安装 结构是不同的，受下垫块结构启 发 ，分别 做 了4块厚 6 ram，长 、 宽与垫块上表面一样 的钢板 ，即 把压碗换成压板结构 ，改善局部 场强过于集 中效应 ，再测局放 量 ，发现该线圈局放量 由原来的 5 0 p C降为 8 p C 。把 4块垫块 又逐 一 换回压碗结构 ，进行测量 ，发 现局放量变回5 0 p C ，从而可以确 定压板有改善场强的作用 ，以后 高电压产 品可使用该种结构。 实施 4 ：出线端子 的螺杆结 构 由于出线端子螺杆的两端联接螺纹外露 ，这 会使其在高电压下对空气产生较为严重的电晕放 电。就此情 况 ，把产品 Z Q S C 9 3 3 0 0 3 5高压 出线 端子用螺母拧上后 ，螺杆端部外露螺纹再用盖形 螺母拧好 。然后测量变压器局放量 ，发现局放从 原来 的 l O O p C降为 l O p C以下( 其 中 l O O p C时为压碗 结构 ，2 O p C时为压板结构1 。 图3 垫块和绝缘子的质量检查 电力电网 7 效果检查 经过分析 、改进 ，试验结果表 明 ，垫块压碗 结构改为压板结构以及出线端子外露螺纹加装盖 形螺母是降低变压器局放量的有效方法，高电压 等级的变压器局放一次测试合格率大大提高，变 压器局放量能降到 1 0 p C以下 。 8 结论 通过对影响局放的因素进行详尽的分析，找 到了产生局放量大的主要原 因，提出的改善措施 得到充分的实施 ，为 以后 的高电压产 品局放改善 和控制 ，不论在产 品的设计 ，还是在生产 、质量 方面 ，都提供了技术依据。 作者简介：张敏，女，1 9 6 1 年生，广东韶关人，大学本 科 ，工程 师。研究领域 ：电力变压器技术 。 ( 编辑 ： 阮毅) 。-+ - + 。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 +。 + + +。 +。 +。 + + 十 智能制造科技和机器人科技规 划发 布 + 科技部于2 0 1 2 年4 月2 4日印发 智能制造科技发展 “ 十二五”专项规划和 服务机器人科技发展 “ 十二五”专项规划 。“ 十二五”期间，我国将攻克-E L 智能化高端装备，发展和培育一批高技术产值超过 1 O 0亿元的核心企业；同时 ， 将重点培育发展服务机器人新兴产业，重点发展公共安全机器人、医疗康复机 器人、仿生机器人平台和模块化核心部件等四大任务。 十 + 突破关键技术和部件 智能制造科技发展 “ 十二五”专项规划提出，“ 十二五”期间，在基础技术与部件方面，重点突破设 计过程智能化、制造过程智能 E S D S U 造装备智能化中的基础理论与共性关键技术 ： 突破一批智能制造基础技 术与部件， 研发一批与国家安全与产业安全密切相关的共性基础技术，重点突破一批智能制造的核心基础部 件 ，奠定 “ 十三五”制造过程智能化装备和制造过程智能化的技术基础。主要是在制造业信息化、基础部 ： 件、传感器、自动化仪器仪表、安全控制系统以及嵌入式工业控制芯片方面。 在制造过程智能化方面，研发制造过程智能化技术与装备 ，攻克- L S U 造过程智能化核心关键技术与装 备，推进制造业核心业务与信息化的深度融合 ，提高企业自主创新能力和综合竞争力。例如 ，工业机器人、 自动化生产线、百万吨乙烯工艺和装备、工业物联网以及典型流程工业智能化。 i 在智能化装备方面， 规划提出， 攻克一批智能化高端装备， 研制一批面向 国民 经济支柱产业的智能化 高端装备 ，重点突破箱体类精密工作母机、工程机械、石化装备、复合材料加工装备、新能源装备等智能化 T 上 装 备。 + 上 培育服务机器人新兴产业 上 除工业机器人外，“ 十二五”期间，我国将重点培育和发展服务机器人新兴产业。 上 据悉，我国将着力突破制约我国服务机器人技术和产业发展的关键技术，不断推出更具应用价值和市场 上 前景的产品， 积极探索新的投融资模式和商业模式， 努力打造若干龙头企业，把服务机器人产业培育成我国 土 未来战略性新兴产业。 工 蝴艮 务机器人科技发展 “ 十二五”专项规划提出，通过专项的实施， 预期将突破重点技术方向的重要基 上 础理论和核心关键技术，实现仿人、四足高端仿生平台系统集成，引领服务机器人技术发展方向： 开发出 i 5 1 0种服务机器人新产品， 形成1 0 0 项以上发明专利，建设由国际标准、国家标准、行业标准组成的服务 上 机器人标准体系；公共安全机器人在1 O 个以上城市和国家重大安全工程中进行示范应用， 模块化核心部件在 上 国产工业、服务机器人产品应用推厂1 0 0 0 0 台套以上应用， 多臂复杂微创外科机器人应用临床： 建立产学研 上 用结合的服务机器人技术研发基地与孵化平台，培养与吸引国际一流水平领军人才。 ： - + - - - + - - +- + - 4 - - - + - - + - -+ - - 4 - + - +- - 4 , - + - +- + - 4 - - - 4 - - + + - 4 - + - 4 - - 4 - - -I- - - +- + 卜 - 4 - - + - -4 - - - 4 - - 。 T 。 T。 t _ t 上 。 下 。 T。 下 。 t T 。 下 。 T 。 下 。 T 。 T 。 T 。 T。 t 十 。 T。 t 下 。 T 。 上 上 。 上 。 上 。 T 。 T。 T 。 T 。 上 。 上 ， t 1