【文章內(nèi)容簡介】 磁與載流導(dǎo)體作用而產(chǎn)生，該力使內(nèi)繞組受壓，外繞組受拉；安匝不平衡越大， 該軸向力也越大。 因此，變壓器繞組在出口短路時，將承受很大的軸向和輻向電動力。軸向電動力使繞組向中間壓縮，這種由電動力產(chǎn)生的機械應(yīng)力，可能影響繞組匝間絕緣，對繞組的匝間絕緣造成損傷；而輻向電動力使繞組向外擴張，可能失去穩(wěn)定性，造成相間絕緣損壞。電動力過大，嚴(yán)重時可能造成繞組扭曲變形或?qū)Ь€斷裂。 對于由于變壓器出口短路電動力造成的影響，判斷主變壓器繞組是否變形，過去只采取吊罩檢查的方法，目前一些單位采用繞組變形測試儀進行分析判斷，取得了一些現(xiàn)場經(jīng)驗，如有些地區(qū)選用 TDT—1 型變壓器繞組變形測試儀進行現(xiàn)場測試檢 查，通過對主變壓器的高、中、低壓三相的九個繞組分別施加 l0kHz至 lkHz 高頻脈沖，由計算機記錄脈沖波形曲線并儲存。通過彩色噴墨打印，將波形繪制出圖，顯示正常波形與故障后波形變化的對比和分析，試驗人員根據(jù)該儀器特有的頻率和波形，能比較科學(xué)地準(zhǔn)確判斷主變壓器繞組變形情況。 對于變壓器的熱穩(wěn)定及動穩(wěn)定，在給定的條件下，仍以設(shè)計計算值為檢驗的依據(jù)，但計算值與實際值究竟有無誤差，尚缺少研究與分析，一般情況下是以設(shè)計值大于變壓器實際承受能力為準(zhǔn)的。目前逐步開學(xué)院畢業(yè)論文 8 展的變壓器突發(fā)短路試驗，將為檢驗設(shè)計、工藝水平提供重 要的依據(jù)。變壓器低壓側(cè)發(fā)生短路時，所承受的短路電流最大，而低壓繞組的結(jié)構(gòu)一般采用圓筒式或螺旋式多股導(dǎo)線并繞，為了提高繞組的動穩(wěn)定能力，繞組內(nèi)多采用絕緣紙筒支撐，但有些廠家僅考慮變壓器的散熱能力，對于其動穩(wěn)定，則只要計算值能夠滿足要求，便將支撐取消，于是當(dāng)變壓器遭受出口短路時，由于動穩(wěn)定能力不足，而使繞組變形甚至損壞。 放電故障 根據(jù)放電的能量密度的大小，變壓器的放電故障常分為局部放電、火花放電和高能量放電三種類型。 放電故障的類型與特征 1．變壓器局部放電故障 在電壓的作用下，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的 氣隙、油膜或?qū)w的邊緣發(fā)生非貫穿性的放電現(xiàn)稱為局部放電。 局部放電剛開始時是一種低能量的放電，變壓器內(nèi)部出現(xiàn)這種放電時，情況比較復(fù)雜，根據(jù)絕緣介質(zhì)的不同，可將局部放電分為氣泡局部放電和油中局部放電；根據(jù)絕緣部位來分，有固體絕緣中空穴、電極尖端、油角間隙、油與絕緣紙板中的油隙和油中沿固體絕緣表面等處的局部放電。 (1)局部放電的原因。 1)當(dāng)油中存在氣泡或固體絕緣材料中存在空穴或空腔，由于氣體的介電常數(shù)小，在交流電壓下所承受的場強高，但其耐壓強度卻低于油和紙絕緣材料，在氣隙中容易首先引起放電。 2)外界環(huán)境條 件的影響。如油處理不徹底下降使油中析出氣泡等，都會引起放電。 3)由尋：制造質(zhì)量不良。如某些部位有尖角高而出現(xiàn)放電。帶進氣泡、雜物和水分，或因外界氣溫漆瘤等，它們承受的電場強度較 4)金屬部件或?qū)щ婓w之間接觸不良而引起的放電。局部放電的能量密度雖不大，但若進一步發(fā)展將會形成放電的惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致設(shè)備的擊穿或損壞，而引起嚴(yán)重的事故。 (2)放電產(chǎn)生氣體的特征。放電產(chǎn)生的氣體，由于放電能量不同而有所不同。如放電能量密度在 109C以下時，一般總烴不高，主要成分是氫氣，其次是甲烷，氫氣占?xì)錈N總量的曰 80％一 90％；當(dāng)放電能量密度為 ～ 10 .7C 時，則氫氣相應(yīng)降低，而出現(xiàn)乙炔，但乙炔這時在總烴中所占的比例常不到 2％，這是局部放電區(qū)別于其他放電現(xiàn)象的主要標(biāo)志。 隨著變壓器故障診斷技術(shù)的發(fā)展，人們越來越認(rèn)識到，局部放電是變壓器諸多有機絕緣材料故障和事故的根源，因而該技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了多種測量方法和試驗裝置，亦有離線測量的。 (2)測量局部放電的方法。 1)電測法。利用示波器、局部放電儀或無線電干擾儀，查找放電的波形或無線電干擾程度。電測法的靈敏度較高，測到的是視在放電量，分辨率可達(dá)幾皮庫。 2)超聲測法 。利用檢測放電中出現(xiàn)的超聲波，并將聲波變換為電信號，錄在磁帶上進行分析。超聲測法的靈敏度較低，大約幾千皮庫，它的優(yōu)點是抗干擾性能好，且可 “定位 ”。有的利用電信號和聲信號的傳遞時間差異，可以估計探測點到放電點的距離。 3)化學(xué)測法。檢測溶解油內(nèi)各種氣體的含量及增減變化規(guī)律。此法在運行監(jiān)測上十分適用，簡稱 “色譜分析 ”?；瘜W(xué)測法對局部過熱或電弧放電很靈敏，但對局部放電靈敏度不高。而且重要的是觀察其趨勢，例如幾天測一次，就可發(fā)現(xiàn)油中含氣的組成、比例以及數(shù)量的變化，從而判定有無局部放電或局部過熱。 2．變壓器火花放電 故障 發(fā)生火花放電時放電能量密度大于 10—6C 的數(shù)量級。 (1)懸浮電位引起火花放電。高壓電力設(shè)備中某金屬部件，由于結(jié)構(gòu)上原因，或運輸過程和運行中造成接觸不良而斷開，處于高壓與低壓電極間并按其阻抗形成分壓，而在這一金屬部件上產(chǎn)生的對地電位稱為懸浮電位。具有懸浮電位的物體附近的場強較集中，往往會逐漸燒壞周圍固體介質(zhì)或使之炭化，也會使絕學(xué)院畢業(yè)論文 9 緣油在懸浮電位作用下分解出大量特征氣體，從而使絕緣油色譜分析結(jié)果超標(biāo)。懸浮放電可能發(fā)生于變壓器內(nèi)處于高電位的金屬部件，如調(diào)壓繞組，當(dāng)有載分接開關(guān)轉(zhuǎn)換極性時的短暫電位懸?。惶坠芫鶋?球和無載分接開關(guān)撥釵等電位懸浮。處于地電位的部件，如硅鋼片磁屏蔽和各種緊固用金屬螺栓等，與地的連接松動脫落，導(dǎo)致懸浮電位放電。變壓器高壓套管端部接觸不良，也會形成懸浮電位而引起火花放電。 (2)油中雜質(zhì)引起火花放電。變壓器發(fā)生火花放電故障的主要原因是油中雜質(zhì)的影響。雜質(zhì)由水分、纖維質(zhì) (主要是受潮的纖維 )等構(gòu)成。水的介電常數(shù) e 約為變壓器油的 40倍，在電場中，雜質(zhì)首先極化，被吸引向電場強度最強的地方，即電極附近，并按電力線方向排列。于是在電極附近形成了雜質(zhì) “小橋 ”。如果極間距離大、雜質(zhì)少，只能形成斷續(xù) “小橋 ”。 “小橋 ”的導(dǎo)電率和介電常數(shù)都比變壓器油大，從電磁場原理得知，由于 “小橋 ”的存在，會畸變油中的電場。因為纖維的介電常數(shù)大，使纖維端部油中的電場加強，于是放電首先從這部分油中開始發(fā)生和發(fā)展，油在高場強下游離而分解出氣體，使氣泡增大，游離又增強。而后逐漸發(fā)展，使整個油間隙在氣體通道中發(fā)生火花放電，所以，火花放電可能在較低的電壓下發(fā)生。如果極間距離不大，雜質(zhì)又足夠多，則 “小橋 ”可能連通兩個電極，這時，由于 “小橋 ”的電導(dǎo)較大，沿 “小橋 ”流過很大電流 (電流大小視電源容量而定 )，使 “小橋 ”強烈發(fā)熱 ”， “小橋 ”中的水 分和附近的油沸騰汽化，造成一個氣體通道 ——“氣泡橋 ”而發(fā)生火花放電。如果纖維不受潮，則因 “小橋 ”的電導(dǎo)很小，對于油的火花放電電壓的影響也較??；反之，則影響較大。因此雜質(zhì)引起變壓器油發(fā)生火花放電，與 “小橋 ”的加熱過程相聯(lián)系。當(dāng)沖擊電壓作用或電場極不均勻時，雜質(zhì)不易形成 “小橋 ”，它的作用只限于畸變電場，其火花放電過程，主要決定于外加電壓的大小。 (3)火花放電的影響。一般來說，火花放電不致很快引起絕緣擊穿，主要反映在油色普分析異常、局部放電量增加或輕瓦斯動作，比較容易被發(fā)現(xiàn)和處理，但對其發(fā)展程度應(yīng)引起足夠的認(rèn)識 和注意。 3．變壓器電弧放電故障 電弧放電是高能量放電，常以繞組匝層間絕緣擊穿為多見，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛弧等故障。 (1)電弧放電的影響。電弧放電故障由于放電能量密度大，產(chǎn)氣急劇，常以電子崩形 e 沖擊電介質(zhì)，使絕緣紙穿孔、燒焦或炭化，使金屬材料變形或熔化燒毀，嚴(yán)重時會造成 I 備燒損，甚至發(fā)生爆炸事故，這種事故一般事先難以預(yù)測，也無明顯預(yù)兆，常以突發(fā)的形式暴露出來。 (2)電弧放電的氣體特征。出現(xiàn)電弧放電故障后，氣體繼電器中的 H2和 C2H2等組分常高達(dá)幾千 UL/L，變壓器油亦炭化而變黑。油中特征 氣體的主要成分是 H2和 C2H2，其次 C2H6和 CH4。當(dāng)放電故障涉及到固體絕緣時，除了上述氣體外，還會產(chǎn)生 CO 和 CO2。 放電故障對變壓器絕緣的影響 放電對絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質(zhì)點直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴大，使絕緣擊穿。另一種是放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學(xué)作用，使局部絕緣受到腐蝕，介質(zhì)損耗增大，最后導(dǎo)致熱擊穿。 (1)絕緣材料電老化是放電故障的主要形式。 1)局部放電引起絕緣材料中化學(xué)鍵的分離、裂解和分子結(jié)構(gòu)的破壞。 2)放電點熱效應(yīng)引起絕緣的熱裂解或促 進氧化裂解，增大了介質(zhì)的電導(dǎo)和損耗產(chǎn)生惡性循環(huán)，加速老化過程。 3)放電過程生成的臭氧、氮氧化物遇到水分生成硝酸化學(xué)反應(yīng)腐蝕絕緣體，導(dǎo)致絕緣性能劣化。 4)放電過程的高能輻射，使絕緣材料變脆。 5)放電時產(chǎn)生的高壓氣體引起絕緣體開裂，并形成新的放電點， (2)固體絕緣的電老化。固體絕緣的電老化的形成和發(fā)展是樹枝狀，在電場集中處產(chǎn)生放電，引發(fā)樹枝狀放電痕跡，并逐步發(fā)展導(dǎo)致絕緣擊穿。 學(xué)院畢業(yè)論文 10 (3)液體浸漬絕緣的電老化。如局部放電一般先發(fā)生在固體或油內(nèi)的小氣泡中，而放電過程又使油分解產(chǎn)生氣體并被油部分吸收，如產(chǎn)氣速率高 ，氣泡將擴大、增多，使放電增強，同時放電產(chǎn)生的 X—蠟沉積在固體絕緣上使散熱困難、放電增強、出現(xiàn)過熱，促使固體絕緣損壞。 絕緣故障 目前應(yīng)用最廣泛的電力變壓器是油浸變壓器和干式樹脂變壓器兩種，電力變壓器的絕緣即是變壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng)，它是變壓器正常工作和運行的基本條件，變壓器的使用壽命是由絕緣材料 (即油紙或樹脂等 )的壽命所決定的。 油浸變壓器中，主要的絕緣材料是絕緣油及固體絕緣材料絕緣紙、紙板和木塊等 c所謂變壓器絕緣的老化，就是這些材料受環(huán)境因素的影響發(fā)生分解，降低或喪失了絕緣強度。 固體紙絕緣故障 固體紙絕緣是油浸變壓器絕緣的主要部分之一，包括：絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、絕緣卷、絕緣綁扎帶等，其主要成分是纖維素，化學(xué)表達(dá)式為 (C6H10O6)n，式中 n為聚合度。一般新紙的聚合度為 1300 左右，當(dāng)下降至 250左右，其機械強度已下降了一半以上，極度老化致使壽命終止的聚合度為 150～ 200。絕緣紙老化后，其聚合度和抗張強度將逐漸降低，并生成水、 CO、 CO2，其次還有糠醛 (呋喃甲醛 )。這些老化產(chǎn)物大都對電氣設(shè)備有害，會使絕緣紙的擊穿電壓和體積電阻率降低、介損增大、抗拉強度下降，甚致腐蝕設(shè)備中的金 屬材料。固體絕緣具有不可逆轉(zhuǎn)的老化特性，其機械和電氣強度的老化降低都是不能恢復(fù)的。變壓器的壽命主要取決于絕緣材料的壽命，因此油浸變壓器固體絕緣材料，應(yīng)既具有良好的電絕緣性能和機械特性，而且長年累月的運行后，其性能下降較慢，即老化特性好。 (1)紙纖維材料的性能。絕緣紙纖維材料是油浸變壓器中最主要的絕緣組件材料，紙纖維是植物的基本固體組織成分，組成物質(zhì)分子的原子中有帶正電的原子核和圍繞原子核運行的帶負(fù)電的電子，與金屬導(dǎo)體不同的是絕緣材料中幾乎沒有自由電子，絕緣體中極小的電導(dǎo)電流主要來自離子電導(dǎo)。纖維素由碳、氫 和氧組成，這樣由于纖維素分子結(jié)構(gòu)中存在氫氧根，便存在形成水的潛在可能，使紙纖維有含水的特性。此外，這些氫氧根可認(rèn)為是被各種極性分子 (如酸和水 )包圍著的中心，它們以氫鍵相結(jié)合，使得纖維易受破壞：同時纖維中往往含有一定比例 (約 7％左右 )的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)中包括一定量的水分，因纖維呈膠體性質(zhì)，使這些水分尚不能完全除去。這樣也就影響了紙纖維的性能。 極性的纖維不但易于吸潮（水分使強極性介質(zhì)），而且當(dāng)紙纖維吸水時，使氫氧根之間的相互作用力變?nèi)?，在纖維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的條件下機械強度急劇變壞，因此，紙絕緣部件一般要經(jīng)過干燥或真 空子燥處理和浸油或絕緣漆后才能使用，浸漆的目的是使纖維保持潤濕．保證其有較高的絕緣和化學(xué)穩(wěn)定性及具有較高的機械強度。同時，紙被漆密封后，可減少紙對水分的吸收，阻止材料氧化，還町填充空隙，以減小可能影響絕緣性能、造成局部放電和電擊穿的氣泡。但也有的認(rèn)為浸漆后再浸油，可能有些漆會慢慢溶人油內(nèi)，影響油的性能，對這類油漆的應(yīng)用應(yīng)充分子以注意。 (2)紙絕緣材料的機械強度。油浸變壓器選擇紙絕緣材料最重要的因素除紙的纖維成分、密度、滲透性和均勻性以外，還包括機械強度的要求，包括耐張強度、沖壓強度、撕裂強度和堅韌性： 1)耐張強度：要求紙纖維受到拉伸負(fù)荷時，具有能耐受而不被拉斷的最大應(yīng)力 2)沖壓強度：要求紙纖維具有耐受壓力而不被折斷的能力的量度。 3)撕裂強度：要求紙纖維發(fā)生撕裂所需的力符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。 4)堅韌性：是紙折疊或紙板彎曲時的強度能滿足相應(yīng)要求。 判斷固體絕緣性能可以設(shè)法取樣測量紙或紙板的聚合度，或利用高效液相色譜分析技測量油中糠醛含量，以便于分析變壓器內(nèi)部存在故障時，是否涉及固體絕緣或是否存在引起線圈絕緣局部老化的低溫過熱，或判斷固體絕緣的老化程度。對紙纖維絕緣材料在運行及維護中，應(yīng)注意控制變壓器額定負(fù)荷，要 求運行學(xué)院畢業(yè)論文 11 環(huán)境空氣流通、散熱條件好，防止變壓器溫升超標(biāo)和箱體缺油。還要防止油質(zhì)污染、劣化等造成纖維的加速老化，而損害變壓器的絕緣性能、使用壽命和安全運行。 (3)紙纖維材料的劣化。主要包括三個方面： 1)纖維脆裂。當(dāng)過度受熱使水分從纖維材料中脫離，更會加速纖維材料脆化。由于紙材脆化剝落，在機械振動、電動應(yīng)力、操作波等沖擊力的影響下可能產(chǎn)生絕緣故障而形成電氣事故。 2)纖維材料機械強度下降。纖維材料的機械強度隨受熱時間的延長而下降，當(dāng)變壓器發(fā)熱造成絕緣材料水分再次排出時，絕緣電阻的數(shù)值可能會變高，但其機械強度將會 大大下降，絕緣紙材將不能抵御短路電流或沖擊負(fù)荷等機械力的影響。 3)纖維材料本身的收縮。纖維材料在脆化后收縮，使夾緊力降低，可能造成收縮移動，使變壓器繞組在電磁振動或沖擊電壓下移位摩擦而損傷絕緣。 液