如何优化围屏爬电？

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：220kV电力变压器安全气道和吸湿器均布置在C相,这些部件不易达到全密封,水分可能在变压器“呼吸”过程中进入变压器。在多起围屏爬电故障中发现下铁轭有锈斑,油箱底有凝结水。根据试验结果,并结合故障情况分析,可以推断变压器绝缘受潮是导致围屏爬电故障的主要原因。表1-7绝缘纸(板)含水量不大于的数值(%)有资料认为,从控制围屏爬电角度考虑,运行中的220kV电力变压器纸中含水量不宜超过1.5%。

1.水分的影响

在保持绝缘油品质不变 (耐电强度大于30kV/2.5mm)的情况下,有人研究了纸板含水量与油—纸交界面沿面放电特性的关系。

如图1-5 所示,将长度为29.5±0.01mm 的纸板垫块夹在平行板电极之间。整个电极系统安装在密封电极容室中进行真空浸油处理,然后进行试验研究。

pagenumber_ebook=15,pagenumber_book=5

图1-5　试验电极系统

不同含水量的纸板垫块在交流电压作用下的局部放电特性如图1-6所示,纸板含水量越高,局部放电起始电压越低;放电量随试验电压增加的速度就越快。电压再升高,垫块与电极间薄层油隙中的局部放电发展成沿面闪络。

沿面闪络强度与纸板含水量之间的关系如图1-7所示。纸板含水量超过3%时,沿面闪络强度急剧下降。发生几次沿面闪络后,在纸板表面出现黑色碳化放电痕迹。在纸板含水量超过5%时,放电趋向于在纸板层间发生,造成纸板表面起泡,层间出现黑色碳化放电痕迹,此时击穿强度与外表面状态无关。试验中观察到的纸板垫块损伤情况与故障变压器中支撑围屏长垫块的受损情况极为相似。

pagenumber_ebook=16,pagenumber_book=6

图1-6　局部放电特性

pagenumber_ebook=16,pagenumber_book=6

图1-7　沿面闪络强度与纸板含水量的关系

由数值计算法得到线圈表面的最大场强为4.0kV/mm。由图1-7可知,纸板含水量超过5%(相当于空气中自然受潮水平),沿面闪络强度就低于线圈表面场强,必然导致沿长垫块表面的放电。

根据试验结果推断,如果变压器的绝缘受潮严重,线圈与长垫块接触处极易发生局部放电,局部放电如果发展成沿垫块表面的滑闪放电而向围屏发展,必然导致围屏爬电。

220kV电力变压器安全气道和吸湿器均布置在C相,这些部件不易达到全密封,水分可能在变压器“呼吸”过程中进入变压器。变压器油的循环以B相为分界各自进行,因此C 相绝缘最易受潮,很可能这是C 相故障较多的原因。在多起围屏爬电故障中发现下铁轭有锈斑,油箱底有凝结水。

根据试验结果,并结合故障情况分析,可以推断变压器绝缘受潮是导致围屏爬电故障的主要原因。为避免围屏爬电,必须严格控制绝缘中的含水量。在《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1966) (以下简称《规程》)中规定的油和绝缘纸(板)的含水量如表1-6和表1-7所示。

表1-6　变压器油中含水量(mg/L)

pagenumber_ebook=16,pagenumber_book=6

注尽量在顶层油温高于50℃时采样,按GB 7600 或
GB 7601进行试验。

表1-7　绝缘纸(板)含水量不大于的数值(%)

pagenumber_ebook=16,pagenumber_book=6

有资料认为,从控制围屏爬电角度考虑,运行中的220kV电力变压器纸中含水量不宜超过1.5%。

2.纸板质量的影响

表1-8列出了四种规格纸板的技术参数及其耐沿面爬电时间。

表1-8　纸板的技术参数及其耐沿面爬电时间

pagenumber_ebook=16,pagenumber_book=6

注耐沿面爬电时间是试样放入油中5min后,施加工频电压 (2kV/s速度上升)平稳升到试验电压 (60±1kV)开始,到电极间树枝状放电完全闪络为止的秒表记录时间。

从表1-8中可以看出,进口2号、3号纸板灰分含量小,即导电杂质少而纯度高,电导率就小,耐沿面爬电时间长。而决定纸板灰分含量的因素,主要是纸浆的纯度、各种添加剂以及加工机件磨损等。所以,纸板的抗沿面放电的特性与其本身的质量有关。

3.绝缘结构中某些部位设计与布置的影响

在油—屏障结构中,由于纸板和油的介电系数以及抗电强度有较大的差异,如果在高电场区域中绝缘结构的布置上稍有欠缺,就加速了油—屏障抗电强度的降低,从而造成事故,事故主要原因有:

(1)相间绝缘弱且绝缘布置不够合理。相间与相对地(或对低压间)绝缘水平取得一致,这是不合理的。因为在长时间运行中,两者平均工作场强有一定的差异,如:相对地84mm,相对相120mm,折成纯油隙后的工作场强分别为1.93kV/mm 和2.23kV/mm,即相间平均工作场强较相对地高16%,这就意味着从结构上相间绝缘水平就较低;如果再考虑运行中一相遭受过电压作用,则相间结构的绝缘水平就更低。

在结构布置上,相间和相对地的第一油隙分别为30mm 和8～10mm。根据油隙分割越小,击穿场强越高的特点,可见相间结构较薄弱。对此,国外20世纪60年代初就对第一油隙的击穿场强进行了研究,考虑绕组的冷却和工艺条件后,确定该油隙的辐向宽度控制在10～15mm。

(2)线段间有横向油道使电场失去连续性。研究表明,高压静电场在有横向油道的线段表面,电位线将呈波纹状。在首端线段的棱角处将出现决定结构绝缘水平的最大场强。线段间横向油道越大,这种升高越大。在当时结构设计时,常取这个升高倍数 (或波纹系数)为1.25～1.35。如果不考虑线段数目、主 (相间)距离和横向油道尺寸,均取一个数值是不够合理和科学的。

前苏联曾对具有6～24mm 横向油道结构做了最小击穿试验,得到了靠近油道最小击穿场强与横向油道宽度间的关系

式中 dm——横向油道宽度,cm。

当油道宽度介于0.6cm≤dm≤3cm 时,是符合上列关系的。它指出当油道宽度由20～24mm下降到10mm 时,结构的击穿场强可提高1.4倍。这是从最小击穿场强的角度说明横向油道宽度对绝缘水平的重要影响。

(3)绕组首端支出的长垫块位置和形状不合理。原结构设计中,在首端和上、下分接断口处伸出长垫块以支撑围屏纸板,由于矩形长垫块前端的两个尖角与围屏纸板相接触,如图1-8所示,使纸板在M、N 两点均受到紧固围屏时的机械损伤和高电场的作用,于是在“尖角”和相接触的纸板均被烧伤,在长垫块的夹层 (或表面)也出现树枝状放电烧痕。

pagenumber_ebook=17,pagenumber_book=7

图1-8　矩形长垫块与围屏接触处

由上述分析表明,发生围屏树枝状放电故障主要的原因是在绝缘结构上有薄弱环节和渗漏进潮。

如何优化围屏爬电？

相关推荐