2.3.2关于受潮的形态与放电的发展过程
通常见到侵入变压器内部的水分才认为是受潮,这是狭义的受潮概念。从广义受潮的要领出发,变压器实际受潮形态可分为二类:
(1)显性受潮。显性受潮是指通常所说的“变压器受潮”。即看到油箱底部或器身上有积水,并且能发现水分入侵的原因或途径。
显性受潮进入变压器的水量一般都比较多,如果直接沉淀在油箱底部,暂时对绝缘并无危害。但当水分淋到器身上,部分绝缘被浸泡透,则必然导致绝缘击穿。这种情况下的绝缘击穿机理属于热击穿,即在局部绝缘中流过传导电流,焦尔热使纸绝缘炭化后发展成贯穿性放电。因而不仅绝缘烧坏,而且导体可能发生熔化。
(2)隐性受潮。隐性受潮是指事故前并未发生水分入侵,只是原有水分悄悄地在绝缘上局部集积。水分集积到足以产生局部放电时,先开始局部放电。局部放电产生气体,使放电进一步发展。但气体的产生和扩散是一个动态过程。当产气量大于扩散量,局部放电持续进行,很快发展成贯穿性击穿。如果产气量小于扩散量,则局部放电暂时停歇,待水分再次集积,或选择其他途径再次发生局部放电。其间歇的时间因放电部位的状况不同而差别很大,有的甚至可以停歇几年。沿纸板的枝状放电是这种放电形态的典型。对于局部放电发展空间有限的场合,例如匝间绝缘下部与垫块间的油角中集积水分,一旦发生局部放电,将很快导致匝绝缘或段间(饼间)绝缘击穿,形成突发性绝缘事故。前者使用适当的在线检测技术,有可能发觉和防御突发事故。但对于后者,必须采取积极的防御措施,防止自由水的局部集积。
3防御措施
防止变压器在正常工作电压下的绝缘事故,一是要限制自由水和准自由水的含量,二是限制自由水的局部集积。从制造、安装、检修和运行4个环节都应采取相应措施。
3.1制造措施
(1)变压器的内绝缘结构设计时,力求工作场强均匀分布,而且尽可能的低。例如,匝间工作场强不宜大于2kV/mm。
(2)变压器真空干燥(最好采用煤油气相干燥)后,固体绝缘中的含水量应小于0.5%,即达到基本上不含自由水的程度。
(3)严格进行真空注油。注油时变压器内可能与油接触的任何部分吸附的水分都应被清除。注入油的含水量必须小于10mg/L。
3.2安装措施
变压器在安装过程中,不可能不接触大气,因此绝缘体和金属表面都会吸附大气中的水分。为了使变压器内部的水分恢复到出厂时的水平,变压器安装后必须严格进行真空干燥和真空注油。要点如下:
(1)用于抽真空的真空系统(包括真空泵、管道、阀门和表计)的极限真空度必须小于10Pa。
(2)所有将与油接触的绝缘体和金属表面(包括片式散热器)或其他固体表面(例如下瓷套)均要在抽真空的范围之内。
(3)在抽真空的过程中,应随时检查和处理渗漏。当真空度达到实际可能的最高水平(对最高水平的最低要求不应小于133Pa)后,必须在真空泵继续运行的条件下保持此真空度(简称动态保持)。
(4)真空的动态保持时间应不少于水分渗入时间。渗入时间是指开始与大气接触到与大气隔绝的全过程时间。此过程包括打开封板,进行排油或排氮气(或干燥空气)时直接进入大气的时间,还包括在油箱内封存大气的时间。
在此必须强调指出,器身在大气中暴露后,不用抽真空的办法清除表面吸附水分,就注油或打入氮气(或干燥空气),不仅不能起到清除水分的作用,反而会将表面水分往深层赶,为常温下进行真空脱水增加了困难。
(5)在动态保持真空度的条件下,用真空滤油机注入合格的油。油中含水量应小于10mg/L。
必须指出,如果注入油的含水量较高,利用热油循环的办法来降低油中水分,其结果是大部分的水分被纸绝缘吸收,增加了纸绝缘的含水量,这是自欺欺人的行为。
3.3检修措施
当发现变压器内的水分比刚投运时有明显增多时,应看作特别重要的状态指标,必须作为状态检修的主要目的。
检修时用真空干燥和真空注油的办法来清除水分,其要点与安装时的相同。但由于新变压器只是表面吸附水分,而运行中变压器的水分可能渗透到深层。因此真空的动态保持时间应不少于水分的渗出时间。水分渗出时间是指绝缘深层的水分渗透到表面所需的时间。由于变压器运行时间越久,水分的含量就越多,而且向内渗透越深,因此水分渗透出时间也就越长。具体到某一台变压器水分的渗出时间为多长,事先是不好确定的。只能一是依靠真空干燥过程中真空度的变化过程来判断,二是依靠真空注油后的绝缘性能试验结果来分析。例如,真空度迟迟达不到极限值,说明水分在缓慢渗出。又如真空注油后的绕组绝缘电阻和tgδ还不如检修以前,说明真空干燥的时间未超过水分的渗出时间,需要重新真空干燥和真空注油。经验表明,像这种“煮了夹生板”的情况,经真空注油以后,绝缘性能水平便可优于检修前水平。
3.4运行维护措施
运行中的变压器(包括电容型油纸绝缘套管)应保持严密的封闭,避免大气中的水分和气体渗透入内。不论是油—气渗漏或气—气渗漏,都有一个互相渗透的过程。应把渗漏问题看作是影响绝缘安全性的重要因素,一旦发现,应尽快消除。
变压器运行中的在线检测和停电后的预防性试验,对预防发生正常工作电压下绝缘事故的重要性是不言而喻的。但如何才能起到更有效的预防作用,是目前面临的一个新课题。
4结论
正常工作电压下突发的绝缘事故,其主要原因是绝缘中水分有异乎寻常的破坏作用。应从各个环节采取措施,进行积极防御。