变压器局部放电研究论文

试验变压器的电力设备预防性试验规范与选型要求预防性试验是电力设备运行和维护工作中一个重要环节，是保证电力设备安全运行的有效手段之一。多年来，电力部门和大型工矿企业的高压电力设备基本上都是按照原电力部颁发的《电力设备预防性试验规程》(以下简称《规程》)的要求进行试验的，对及时发现、诊断设备缺陷起到重要作用。1996年原电力部对《规程》近行了修订，修订后的电力行业标准DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》已于1997年正式颁发实施。《规程》修订沿革《规程》自50年代至今40年中，先后共进行过5次修订，技术比较成熟。前两个版本在内容和格式方面比较“苏联化”，1985年和1996年版开始逐步“中国化”了。《规程》内容广泛，实际上有的内容已经超出预防性试验的范围，就其性质来说，属运行维护范畴。因此有人曾建议名称改用“电力设备维护试验规程”。这里的“维护”一词包含了预防性维护、预知性维护和消缺性维护，与《规程》的实际内容比较相符，但考虑到习惯上对“维护”一词理解较窄．而"预防性试验”又用惯了,最后仍沿用老名称。《规程》内容概要《规程》分章规定了各种常用电力设备的试验项目、试验周期和技术要求。这些试验项目综合了近代基本诊断技术。按专业来说，分属于电气、化学、机械等技术领域，其中大部分是电气试验项目。按试验性质来说，试验项目可分为4类。1．定期试验即预防性试验。这是为了及时发现设备潜在的缺陷或隐患，每隔一定时间对设备定期进行的试验。例如油中溶解气体色谱分析、绕组直流电阻、绝缘电阻、介质损耗因数、直流泄漏、直流耐压、交流耐压、绝缘油试验等。2．大修试验指大修时或大修后做的检查试验项目。除定期试验项目外，还需作：穿心螺栓绝缘电阻、局部放电、油箱密封试验、断路器分合闸时间和速度、电动机间隙等试验．其中有些是纯属于机械方面的检查项目。3．查明故障试验指定期试验或大修试验时,发现试验结果有疑问或异常，需要进一步查明故障或确定故障位置时进行的一些试验，或称诊断试验。这是在“必要时”才进行的试验项目。例如：空载电流、短路阻抗、绕组频率响应、振动、绝缘油含水量和油介损、压力释放器、氧化锌避雷器工频参考电压试验等。4．预知性试验这是为了鉴定设备绝缘的寿命，搞清被试设备的绝缘是否还能继续使用一段时间，或者是否需要在近期安排更换而进行的试例如：发电机或调相机定子绕组绝缘老化鉴定、变压器绝缘纸(板)聚合度、油中糠醛含量试验等。由上述可见、《规程》所列的不少试验项目，确已超出定期预防性试验的范围。试验项目、周期的确定和技术要求的由来各类设备(如变压器、电容器、SF6开关设备、支持绝缘子等)的试验项目和试验周期，由设备运行的可靠性和安全情况，决定是否需要增减或修改。技术要求的来源和依据，大体上可归纳成两类：1．由电力系统绝缘配合设计出发制定交流耐压试验电压标准；2．不少技术要求是由试验经验的积累，经统计分析确定，并经多年实践．逐步修改、完善的(如介损、泄漏电流、吸收比等的技术要求)。试验结果的分析和判断《规程》着重指出，对试验结果应进行综合分析和判断。也就是一般应进行下列三步：第一步应与历年各次试验结果比较；第二步与同类型设备试验结果比较；第三步对照《规程》技术要求和其他相关试验结果，进行综合分析，特别注意看出缺陷发展趋势，作出判断。综合分析、判断有时有一定复杂性和难度，而不是单纯地、教条地逐项对照技术要求(技术标准)。特别当试验结果接近技术要求限值时(尚未超标)，更应考虑气候条件的影响、测量仪器可能产生的误差以及甚至要考虑操作人员的技术素质等因素。综合分析、判断的准确与否．在很大程度上决定于判断者的工作经验、理论水平、分析能力和对被试设备的结构特点，采用的试验方法、测量仪器及测量人员的素质等的了解程度。根据综合分析，一般可对设备作出判断结论：合格、不合格或对设备有怀疑。对不合格的，应及时进行检修。为了能做到有重点地或加速处理缺陷，应根据设备结构特点，尽量做部件的分节试验，以进一步查明缺陷的部位或范围。对有怀疑或异常、一时不易确定是否合格的设备．应采用缩短试验周期的措施，或在良好天气下、或在温度较高时进行复测，来监视设备可疑缺陷的变化趋势，或验证过去测量的准确性。近十多年来国内外的进展近十多年来我国电力设备预防性试验工作，在试验方法、试验项目和试验仪器等方面有了不少进展。现分别举例叙述如下：1．基本绝缘试验项目传统的基本绝缘试验项目，如绝缘电阻、直流泄漏电流、介损、直流耐压和交流耐压试验等试验方法基本不变，仅有少数改进：(1)绝缘电阻试验项目中，发现变压器吸收比试验不够完善，不少新出厂或检修烘燥后容量较大的变压器，绝缘电阻绝对值较高，但吸收比(R60"/R15")偏小，疑为不合格。经研究后采用国际上广泛采用的极化指数试验(R600"/R60")后，就易于作出明确判断，因此《规程》中增列了极化指数的试验项目。从介质理论来分析，吸收比试验时间短(仅60s)，复合介质中的极化过程刚处于开始阶段，远没有形成基本格局，尚不能全面反映绝缘的真实面貌，故吸收比结果不够准确；极化指数试验时问为600s(10min)，介质极化过程虽末完成，但已初步接近基本格局，故能较准确地反映绝缘受潮情况。从技术发展历史来看，工业发达国家从40年代至今都一直采用极化指数试验，不 采用吸收比试验。(2)改进在电场干扰下测量设备介损时的抗干扰方法。如采用电子移相抵消法和异频法等新方法，且操作方便，提高了工作效率，但另一种采用电源倒向和自动计算的方法在干扰较大时，误差仍较大。(3)6—35kV中压橡塑绝缘电力电缆(指聚氯乙烯绝缘、交联聚乙烯绝缘和乙丙橡胶绝缘电缆)，取消了投运后的直流耐压试验项目，代之以测量外护套和内衬层的绝缘电阻。这是因为高幅值直流电压在宏观上会降低橡塑电缆绝缘寿命，不少直流耐压试验合格的橡塑电缆在运行中发生击穿事故，这已在理论和国内外的运行实践中证实。但对于35kV及以下纸绝缘电缆，多年经验表明，直流耐压试验仍是行之有效的预防性试验项目，能发现许多消在缺陷，故还应继续执行。(4)交流耐压试验中，对大容量试品(如SF6组合电器、大型发电机等)采用工频串联谐振方法的日渐增多。(5)总结数十年的经验表明，电力变压器的定期试验项目首先应是油中溶解气体的色谱分析。绝大部分的变压器缺陷都是从色谱分析发现的。这次修订《规程》时，把色谱分析列为电力变压器的首位试验项目。2．大修和查明故障试验项目在这方面先后增加了一些试验项目，举例如下：(1)35kV固体环氧树脂绝缘的电流互感器增做局部放电试验；(2)220kV及以上电力变压器大修后，做局部放电试验；(3)电力变压器出口短路后，做变压器绕组频率响应试验，以检测绕组是否变形；(4)在需要时做变压器油中含水量、油中含糠醛量和绝缘纸板聚合度试验,后两项试验的目的在于决定是否需要更换绝缘；(5)氧化锌避雷器如果直流电压试验或交流阻性电流测试不合格，应做交流工频参考电压试验，以作出进一步判断。3．测量仪器和试验设备的改进这些年来国内生产的测量仪器和试验设备有了较多的改进，有的逐步走向数字化、微机操作化、自动化或半自动化，提高了测量精度和工作效率，促使应用了数十年的老仪器逐步更新换代。例如：(1)出现了数字兆欧表，能自动计时，并能显示吸收比值和极化指数值，兼有自动放电功能。(2)高压直流电压试验设备更趋完善。功率和电压等级均有提高，采用数字式和指针式并用表计，读数方便、准确、易于判别。(3)出现了多种新颖的绝缘介损失角测试仪(有新式的M型试验电路和测量电压、电流相角差的电路多种)。大多用微机控制或自动计算，数字显示。抗干扰性能也有显著改进，提高了测量精度和工作简捷性，促使QS1高压电桥逐步淘汰。(4)广泛使用新式数字式交直流高压分压器，使现场能方便地直接测量高压侧电压，能直接显示“交流电压峰值/√-2”的数值或有效值。(5)生产了多种供大容量试品交流耐压试验用的串联谐振试验装置。(6)测量大型电力变压器绕组直流电阻的仪器，解决了五柱式三角绕组的测量问题，采用微机控制，提高了稳流性能，显著缩短了测量时间。(7)新开发的有载分接开关特性测试仪和高压开关测试仪，采用数字存储电子示波器的原理，显示波形和测量值，并打印出来，成为成套专用仪器。(8)国产的电力 变压器绕组变形测试仪，性能较好。(9) 氧化锌避雷器自动测试仪、 变压器变比和接线组别自动测试仪、 接触电阻测量仪、 绝缘油介质强度自动测试器等，都有了改进。几个工业发达国家电力公司的预防性试验工作，从整体上来看，试验项目较少，有的试验周期较长。关于绝缘方面的基本试验与我国相似，这些项目一般都由电力公司自己做。一些查明故障用的特殊试验项目(如局部放电定位、绕组变形试验等)，则委托专业试验单位或制造厂做。国外采用的试验方法和项目，有的与我国习惯做法不尽相同，例 如他们习惯于对氧化锌和普阀式(碳化硅)避雷器做介质损耗测量。实际上是对氧化锌避雷器测量5～10KV交流电压下阻性电流的损耗。此法应用得很广泛。而 我国习惯于做直流电导电流1mA下电压试验。国外有的对避雷器做局部放电试验，或测量无线电干扰，发现了不少缺陷。有的对有间隙的避雷器做冲击放电电压试验。对大型电动机，广泛做直流泄漏和直流耐压试验，而不做交流耐压试验等。国外电流公司试验班组在基本试验项目方面采用的试验仪器与我国相似，但工业发达国家的仪器和试验设备的先进性和微机化、自动化方面则优于我国，相应的测量精度也高些，有的还配备红外照相机、携带式通讯设备、笔记本电脑(有的附有分析、诊断试验数据用的"专家系统")、手提电话、传真附件和打印机等，能将重要的试验结果和发现的问题在现场向上级汇报，请求指示。国外试验班组一般都有专用的试验用汽车。部分较重的试验设备，如交、直流耐压试验设备、介损仪、电缆故障测寻设备等固定在车上，不用搬上搬下。用轻便的高压铜轴电缆引向被试设备。纵观国内外电力部门预防性试验工作的进展过程，从试验项目和试验周期来看，凡是一个国家生产的电力设备产品质量较好的，运行中注意维护，运行可靠性较高的，这个国家规定的试验项目就较少，试验周期也较长，有的甚至对某些设备不做试验。目前我国电力设备质量和运行维护水平正处于逐步提高的过程，新颁发实施的DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》中，已经适当精简了部分试验项目，有的设备的试验周期也有所延长，但试验项目还是偏多的，周期也较短，有待于进一步提高。在电气设备上工作，除少数是在设备运行中带电进行者外，一般要在设备停电状态下进行，而且还要对停电的设备采取验电、挂地线等保证人身安全的技术措施。在停电的电气设备进行电气试验，特别是进行高压电气试验工作，除了切断设备一切可能来电的电源外，还要用试验电源给被试设备加压，使设备产生高电压，以达到试验的目的。由于给被试设备加压前后要频繁拆接线；对有较大电容的设备或有静电感应的被试设备试后还要进行放电或接地；被试设备加压一般要高于运行电压的几倍，而且试验用助导线多是裸露的；试验工作因其他班组往往是同时作业或交义作业等特点，高压电气试验工作较一般的电气设备维修正作更具有危险性，因此，既要求试验人员认真执行《电业安全工作规程》发电厂和变电所电气部分有关保证人身安全的技术措施和组织措施还要执行电气试验工作的有关安全规定，防止试验中发生高压触电事故，保证试验人员和有关工作人员的安全。高压电气试验工作应遵守下列主要安全注意事项：一、 试验人员必须胜任工作，试验工作人员不得少于二人，并应有试验负责人，制定和执行安全措施高压试验工作人员必须清楚试验目的、方法(包括熟悉试验仪表的性能、使用方法等)和应采取的安全措施。工作前，负责人应对全体试验人员详细布置试验工作中的安全注意事项带电测试应根据现场情况制定安全措施，重要的特殊性试验、研究性试验和在运行系统进行试验，必须有试验方案，并经有关领导批准后方可进行。这样，使试验工作能在有组织、有领导、有安全措施，而且在层层有人把关情况下安全进行。不这样做，特别是安全措施得不到落实，就要发生事故。如：某供电所电气试验室技术员做开关的介质损失角试验时，把正使用的试验接线同不用的导线混杂在一起，而且还边加压，边清理，以致，触及已加压到3千伏的导线头上，触电死亡。二、弄清工作范围，把被试设备与其他设备明显隔开，并有人监护设备停电进行高压电气试验工作，应执行工作票制度，同运行人员履行工作许可手续，弄清停电工作范围，并按《电业安全工作规程》发电厂和变电所电气部分的规定，在试验现场装设遮栏或围栏，栏上向外悬挂“止步！高压危险”标示牌，有人监护。被试设备两端不在同一地点时，另一端也应有人看守。其目的就是为了不致搞错停电工作范围。但从发生的事故中，有的是不设置遮栏或围栏，不设监护人，也有的是围栏末起到作用。现举例如下：某变电站由高压试验班进行35千伏的312开关介质损失角试验。由于工作围栏不能区分停电、带电设备，一名试验工从开关上下来以后，再上开关时，无人监护，未弄清楚被试设备，误登上临近运行中的312开关，触电死亡。三、 要坚持试验前复查接线的制度试验工作中接线拆接频繁，认真执行试验前复查结线制度，可以提前纠正错误结线，避免由于错接线而发生的事故。因此，试验前复查结线是试验工作的一项基本制度，也是防止试验工作触电事故，保证人身安全的一条有效措施，对这项制度既要求认真执行，更要求能坚持下去，应该对低级工、实习人员的结线复查，有所侧重，对高级工或简单结线也不能有所放松，否则达不到复查结线的目的。如：某电厂在高压试验室内用100千伏高压试压机做6千伏瓷瓶的耐压试验。试验前，未详细检查升压器的连接线，就接上被试瓷瓶的接线，当加压到42千伏时，才发现升压器高压出口瓷瓶上还接着一条塑料导线，直通到110千伏变电站内，约50多米，立即停下试验，把这条线拆除。这条线原来是十多天前试验110千伏开关后遗留末拆除者，而且就拴在变电站架构上，临近架构处就有十多名施工人员在工作，幸亏加压时，这些工人未靠近或碰及导线。四、试验工作时，应站在绝缘垫上或穿绝缘鞋进行，这是防止触电事故或减轻伤害程度的一项安全措施如：某供电局修配厂试验工人校验MД—16电桥时，只断开电桥的开关，未拉开电源刀闸，当翻动电桥时，右手碰到电桥的电源端的带电部分上，由于电桥有接地，工作人员脚下垫了绝缘垫，自己脱离了电源，仅造成从右手无名指到左手掌的通电回路触电烧伤。五、加压试验前，必须通知有关人员离开被试设备或退出现场后才能进行高压电气试验工作，经常和其他维修班组同时进行．或交义进行，所以加压前，必须通知这些工作班组离开被试设备或退出现场，以便使被试设备在无人工作状态下进行，达到保证人员安全的目的。这些做法是不容忽视的，否则会造成严重后果。如：某变电站变压器检修、试验工作中，变压器加压试验前末通知有关班组的工作人员，以致一名维护工人认为设备无电，先后两次登上变压器工作，正当加压时，这名工人再次攀登变压器时，幸亏被发现，避免了触电事故。六、对有电容或有电感应的被试设备试验前后必须充分放电或接地被试的大电容设备如：母线、电缆、电容器等及有静电感应的设备停电后，以及高压直流试验完成后，都必须进行充分放电或接地，证明被试设备确无电荷，才能工作。由于这些设备的残压或感应电压高，放电时须使用绝缘棒，也可以防止误碰到运行中的带电设备上。有的单位不注意放电或接地，而生了触电事故。如：某电厂高压试验室技术员进行6千伏电缆的直流30千伏、时间5分钟的耐压试验工作。准备试验的5条相邻的电缆两端编号顺序实际上颠倒的，留有隐患，如一端编号是l，而另一端却是5，一直末被觉察。当初试验一条电缆完了，断开试验电源后，未进行放电前,手触从编号看不是被试电缆，而实际却是刚刚试后的，残压为25 千伏的电缆头上，以致被残留电荷电死。七、加压试验工作的拉、合闸，必须相互呼应，正确传达口令加压试验工作的拉、合闸操作比较频繁，如果凭主观臆断或只看表计而不听口令，或未相互呼应，正确传达口令，就可能发生触电事故。如：某供电局修配厂试验班进行变压无载试验时，试验电源操作人认为已经接好线，未通知设备上的倒线人，即合上试验闸，当倒线人发现接线松动，去动接线时触电。八、加压试验倒换接线时，调压器必须退至零位，拉开试验电源刀闸后才能进行加压试验工作正常倒换接线时都必须把调压器调至零位，切断试验电源，但是在查找加压后发生的问题，发现接线不牢或错接线及试验电源既有总刀闸，又有分刀闸时，有的试验人员则有所忽略而发生事故。如：某供电局变电施工队在某变电站升压器做开关的交流耐压试验时，发现试验数据有问题，在查找原因中,末将升压器调至零位，也末切断试验电源。当发现是升压器极性接反的错误后，准备改变极性时，试验人员触及加压至50千伏的带电部分，幸亏自己脱离开电源，仅烧伤双手，未造成严重后果。

随着电力系统电压等级的不断提高，电力变压器的电压等级和单台容量也在不断地提高。为了考核电力变压器承受工频、雷电和操作过电压的能力，国家标准规定了短时工频耐压试验、雷电冲击试验和操作冲击试验等绝缘试验项目。但是，由于这些绝缘试验与变压器长期工作电压对变压器的作用之间并没有固定的内在联系，特别是对于超高压电力变压器，长期工作电压对变压器的影响较各种过电压对变压器的影响更为严重和重要。为此，应采用一种可以考核变压器在长期工作电压作用下能安全可靠运行的绝缘试验方法，这就是局部放电试验。 对于任何一种绝缘结构，包括变压器的绝缘结构，内部存在气泡（气隙）、油隙和绝缘弱点都是不可避免的。这些气泡（气隙）、油隙和绝缘弱点通常是在变压器制造过程中形成的。如对于油浸式变压器，在其制造过程中，由于浸漆、干燥和真空处理不彻底，在产品所用的电木筒内、绝缘纸板内、绝缘纸层间等就不可避免地会形成一些空腔。当绝缘油不能完全浸入空腔时，空腔内就会存在一些气泡（气隙）。如果绝缘油本身质量有问题或绝缘油处理不好等，那么注入变压器中的绝缘油内部也会存在一些气泡。由于气体的介电系数比油、纸等绝缘材科的介电系数小，所以，气隙上承受的电场强度比油、纸绝缘上的电场强度高。当外施电压达到某一定值时，这些气隙就会首先发生局部放电。另外，油纸绝缘内的油膜，油隔板绝缘结构中的油隙，特别是“楔形”油隙，金属部件、导线等处的尖角、毛刺，电场集中、场强过高的局部区域等也都容易产生局部放电。 变压器绝缘结构中的局部放电，尤其是放电量较大的油纸绝缘表面产生的局部放电，将对变压器的绝缘造成破坏。其破坏情况有两种，一是由于放电质点对绝缘的直接轰击，造成局部绝缘的损坏，并逐步扩大，直至使整个绝缘放电击穿；二是由于局部放电产生的热、臭氧和氧化氮等活性气体的电化学作用，造成局部绝缘受到腐蚀，电导增加，最后导致绝缘热击穿。局部放电对绝缘的危害程度，一方面取决于局部放电的强度，如放电量大小、放电能量大小、放电次数等，另一方面还取决于绝缘的耐放电性能和局部放电作用下对绝缘的破坏机理。总之，局部放电对绝缘的危害，最终将导致变压器的绝缘寿命降低，并直接影响变压器在长期工作电压作用下的安全可靠运行。 变压器局部放电试验的目的：一是验证在标准规定的试验电压和时间内变压器的局部放电量是否符合标准和技术条件要求；二是当变压器局部放电量超过标准和技术条件规定时，通过对局部放电产生的原因进行分析和定位，然后加以排除；三是测量变压器的起始和终止放电电压，即施加电压上升时最初出现局部放电的最低放电电压和施加电压下降时最后消失局部放电的最高放电电压。 变压器局部放电的试验方法可分为电气法和非电气法两大类。电气法中有脉冲电流法、介质损耗法和电磁辐射法。非电气法中有声波法、测光法、测热法和物理化学法。电气法的灵敏度较非电气法高，所以，一般多采用电气法。在电气法中采用最多的是脉冲电流法。在非电气法中，常采用声波（超声波）法，尤其是声波法多用来对局部放电源进行定位。