強(qiáng)油冷卻式變壓器油流帶電分析

1、強(qiáng)油冷卻式變壓器油流帶電分析 由于變壓器的容量和電壓等級(jí)不斷增大，對(duì)強(qiáng)油循環(huán)冷卻要求的提高，絕緣結(jié)構(gòu)的緊湊化，材料干燥度的增加，使得絕緣油流過(guò)油道時(shí)，就會(huì)在油紙界面上產(chǎn)生電荷分離，進(jìn)而形成油道中局部電荷的積累，即出現(xiàn)油流帶電現(xiàn)象。這種積聚達(dá)到一定程度，在油中產(chǎn)生浮云狀的直流勢(shì)差，產(chǎn)生閃絡(luò)放電，破壞油道的絕緣性能，因此油流帶電成為引起變壓器故障的因素之一。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)運(yùn)行中的500 kv變壓器相繼發(fā)生數(shù)起重大事故，據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，安徽洛河、山東濰坊的故障變壓器就存在著明顯的油流帶電情況，部分500 kv變壓器在出廠實(shí)驗(yàn)時(shí)也發(fā)現(xiàn)有油流放電的跡象，甚至在個(gè)別運(yùn)行中的220 kv變壓器也曾有類似的油

2、流放電現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，油流帶電問(wèn)題應(yīng)引起我們的高度關(guān)注。1 油流帶電的機(jī)理 變壓器中的流體帶電不同于其它的流體帶電，因?yàn)樽儔浩魍ǔＳ梢后w和固體兩種材料承擔(dān)電力絕緣，而且，它的流體帶電是在一封閉的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，也就是在一個(gè)氣、水成分受控制的封閉循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行。在變壓器中油流帶電，特別是紊流的影響已導(dǎo)致幾起變壓器燒毀事故，如洛河電廠的變壓器事件。紊流為什么起電呢？這是因?yàn)樵谖闪鳁l件下，流速分量同流向垂直，如單管模型的流體帶電表示電荷分布不規(guī)律。剩余電荷密度幾乎均勻地分布于流體截面，電荷從管壁上激出。2 影響油流帶電的幾個(gè)因素 從變壓器的結(jié)構(gòu)來(lái)看，可分為芯式與殼式。大亞灣核電站的主變?yōu)樾臼浇Y(jié)構(gòu)，聯(lián)變?yōu)?/p>

3、殼式結(jié)構(gòu)。有關(guān)資料表明：殼式結(jié)構(gòu)的油流帶電現(xiàn)象較多于芯式結(jié)構(gòu)。現(xiàn)將國(guó)內(nèi)外資料中，有關(guān)影響油流帶電的幾個(gè)因素分述于下。2.1 與流速及溫度的關(guān)系從泄漏電流與流速、油溫的關(guān)系曲線可知，這里流速等于1pu，表示最小流速。在這個(gè)流速下油溫達(dá)到50時(shí)才會(huì)發(fā)生靜電放電 。通常，由層流引起的流體電流同流速成正比，但在紊流條件下，流體電流同平均速度的74次方成正比，假若有旋渦產(chǎn)生，將會(huì)同平均流速的二次方成正比。但實(shí)際運(yùn)行的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油流的局部偏差不可避免，即使在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了油流情況，繞組泄漏電流仍對(duì)流速表現(xiàn)出有較大的依賴性，從2次方到4次方。對(duì)油溫的依賴關(guān)系方面，油溫上升，雷諾數(shù)增加，流體由層流向紊流變

4、化。當(dāng)流速為一定值，導(dǎo)電率愈高即油溫愈高，電流密度也愈大；反之，油溫愈高松弛時(shí)間越短，泄漏電流就愈大。此外，圖3還說(shuō)明，任何流速下模型變壓器均在5060的油溫時(shí)出現(xiàn)最大泄漏電流，油溫更高或更低，繞組的泄漏電流均有所下降，泄漏電流最大時(shí)的油溫一般在2060。因此，變壓器發(fā)生油流放電故障時(shí)，其油的溫度應(yīng)在2060范圍內(nèi)；也就是說(shuō)變壓器空載時(shí)，其油溫在4550，若在1pu流速下，亦可能會(huì)發(fā)生靜電放電。2.2 絕緣材料的表面情況各種不同的固體絕緣材料如牛皮紙、絕緣纖維板和棉布帶都會(huì)用于變壓器中，它們有不同的表面條件及電流密度。帶電程度按表面粗糙程度隨牛皮紙、纖維板、皺紋紙和棉布帶的排列順序依次加大。棉

5、布帶的允許帶電程度大約是牛皮紙和纖維板的10倍，同樣，皺折牛皮紙使其表面起毛，則帶電程度也增加約10倍。此外，從微觀的角度看，接觸面增大，能導(dǎo)致大量靜電電荷產(chǎn)生。這對(duì)殼式變壓器繞組中的油道接觸面來(lái)說(shuō)，是帶電的因素之一。2.3 絕緣油的帶電傾向油流帶電的基本因素之一是絕緣油有帶電傾向。圖4是兩種絕緣油的差異，此外，還與最小流速有關(guān)。所以絕緣油的性質(zhì)對(duì)油流帶電影響較大。這對(duì)運(yùn)行中的濾油、油質(zhì)的質(zhì)量要求，提出了更高的要求。2.4 其它因素2.4.1 勵(lì)磁靜電帶電強(qiáng)度隨交流場(chǎng)強(qiáng)的增加而提高，當(dāng)前對(duì)流動(dòng)油和層壓板系統(tǒng)的研究表明交流電場(chǎng)作用的增強(qiáng)大約可提高電荷密度5倍。變壓器流動(dòng)油的介電強(qiáng)度隨油的流速而變

6、化，油的介電強(qiáng)度也隨溫度、水份、氣泡的存在、雜質(zhì)及微粒物質(zhì)而變化。此外，在運(yùn)行的油紙介質(zhì)變壓器系統(tǒng)中油和絕緣材料之間的水份是移動(dòng)的。當(dāng)變壓器溫度和壓力發(fā)生變化時(shí)，水份便移至重新建立的平衡狀態(tài)中，當(dāng)水份留在或進(jìn)入絕緣體的表面時(shí)，界面流體的導(dǎo)電性也相應(yīng)地變化，這種情況同樣會(huì)影響電荷的釋放過(guò)程。2.4.2 微粒物質(zhì)變壓器油中由生產(chǎn)過(guò)程中帶來(lái)的微粒物質(zhì)除對(duì)前面提到的介質(zhì)特性有影響外，還對(duì)靜電帶電活動(dòng)有所影響。2.4.3 電荷注入已經(jīng)證明上部流油電荷注入對(duì)下部流油的介質(zhì)強(qiáng)度有所影響。2.4.4 油嘴已經(jīng)證明，油嘴也能產(chǎn)生電荷。3 變壓器中局部放電的特征 靜電放電發(fā)生時(shí)的油溫大概會(huì)在繞組泄漏電流最大的地方

7、出現(xiàn)，最小流速及各種油溫下靜電放電產(chǎn)生的繞組泄漏電流近似于常數(shù)，在58 礎(chǔ)。芯式變壓器的靜電放電主要在繞組底部附近產(chǎn)生。4 結(jié)論與建議 對(duì)于油流帶電的測(cè)試方法，可以實(shí)測(cè)電荷量。該方法在制造廠生產(chǎn)時(shí)是有條件進(jìn)行的，但對(duì)現(xiàn)場(chǎng)或已投運(yùn)的變壓器就很難辦到了。在現(xiàn)場(chǎng)就只能以色譜分析、超聲測(cè)量作為主要手段，而輔以局放進(jìn)行監(jiān)控。因此，建議：（1） 對(duì)于新設(shè)計(jì)變壓器在型式試驗(yàn)時(shí)，做油流帶電試驗(yàn)。做空載全電壓試驗(yàn)，油泵全開(kāi)12 h以上。試驗(yàn)前后做色譜試驗(yàn)，中間每隔2 h取油樣進(jìn)行分析，以觀察氣體成分的增量。c2h2量應(yīng)為0，h2的增量不應(yīng)超過(guò)10%。試驗(yàn)過(guò)程中，用超聲儀（帶磁帶錄波）監(jiān)測(cè)下列部位：進(jìn)油口、有載開(kāi)關(guān)引線處、變壓器油箱上部。（2） 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝與即將投運(yùn)的變壓器在沖擊合閘試驗(yàn)前，增加空載全電壓試驗(yàn)，油泵全開(kāi)12 h以上。（3） 對(duì)于未投運(yùn)的變壓器在沖擊合閘試驗(yàn)前，加做以下3項(xiàng)試驗(yàn)：不加壓，全油泵啟動(dòng)試驗(yàn)。在高壓繞組的中性點(diǎn)（各相分開(kāi)）用靜電電壓表