变压器在正常工作电压下的绝缘事故(正式版)

文件编号：TP-AR-L6796In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订：_______________审核：_______________单位：_______________变压器在正常工作电压下的绝缘事故(正式版)变压器在正常工作电压下的绝缘事故(正式版)使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。

材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。

1绝缘事故概述1.1变压器的绝缘事故的分类变压器的绝缘事故一般分为以下4类：①绕组绝缘事故。

指主绝缘、匝绝缘、段间绝缘、引线绝缘以及端绝缘等放电、烧损引起的绝缘事故。

②套管绝缘事故。

指套管内部绝缘放电引起绝缘损坏，甚至瓷套爆炸。

还包括套管外绝缘的沿面放电和空气间隙击穿。

③分接开关绝缘事故。

主要是指由于切换开关油室内油的绝缘强度严重下降，在切换分接时不能灭弧，引起有载分接开关烧毁。

另外还有无励磁分接开关和有载分接开关裸露的导体之间放电，引起相间、相对地或级间短路的事故。

④铁心绝缘事故。

一是指铁心的硅钢片对地绝缘损坏,引起铁心多点接地。

另一是指铁心的框架连接点间的绝缘损坏,产生环流引起局部过热故障。

上述4类事故中，绕组绝缘事故的危害最大。

1.2变压器绝缘事故的根本原因为分析变压器绝缘事故的根本原因，把作用在绝缘上的电场强度分为作用电场强度（简称作用场强）和耐受电场强度（简称耐受场强）。

作用场强又可分为雷电冲击作用场强、操作冲击作用场强和工频作用场强。

这三种类型作用场强绝缘成分不同，各自的耐受场强也不同。

但其共同点是当作用场强大于耐受场强时，就会发生绝缘事故。

按作用场强和耐受场强的抗衡关系可分为3种形势：①作用场强过高。

例如110kV和220kV降压变压器的第三绕组（10kV或35kV绕组）在雷击时出现作用场强高于变压器本身的正常耐受场强，引起雷击损坏的绝缘事故。

此类事故每年都有发生，约占总的绕组绝缘事故比率的百分之几。

②作用场强过高加上耐受场强下降。

例如变器在操作时绝缘损坏，解体检查发现绝缘有受潮现象。

对油纸绝缘中的水分，操作冲击比雷电冲击敏感，所以此类事故不多，约占总的绕组绝缘事故的比率的千分之几。

③耐受场强下降。

例如变压器正常运行中耐受场强下降，导致在正常工作电压下突然发生绝缘事故。

这类绝缘事故频繁出现，占总的绕组绝缘事故的比率已超过90%。

1.3正常工作电压下绝缘事故的方式正常工作电压下出现的绝缘事故有2种方式：①一种称作突发式事故，其特点是按现行的预防性规程进行的预防性试验合格，其他在线的监测也未发现事故的预兆。

但在正常运行条件下，变压器内部突发绝缘击穿事故，继电保护动作跳闸。

由于故障能量有大有小，或继电保护动作的时间有快有慢，因此变压器损坏的严重程度大不相同。

②另一种称作垂危式故障。

这种事故的特点是预防性试验的绝缘性能试验合格，但从油中溶解气体的色谱分析中发现乙炔。

经分析确认与在绝缘部分存在放电有关。

于是停电进行测量局部放电量的试验。

试验结果表明放电状况异常，甚至在试验中就发生贯穿性击穿。

将局放试验和其他试验结果进行综合分析，可以作出正确诊断，解体后可以找到绝缘发生不可逆损坏的故障点。

1.4正常工作电压下的绝缘事故实例国内外变压器都存在各种绝缘事故。

在此列举10个有结论的代表性事例：①沿绝缘纸板树枝状放电，引起的主绝缘事故；②沿角环夹层放电，引起的主绝缘事故；③沿撑条爬电，引起的纵绝缘事故；④沿垫块表面爬电，引起段间绝缘事故；⑤垫块与导线间的油角放电，引起匝绝缘事故；⑥沿铜排导线支架爬电，引起的相间短路事故；⑦匝绝缘直接击穿，引起匝绝缘或段间绝缘事故；⑧绕组出线纸包绝缘击穿，引起出线绝缘事故；⑨分接引线纸包绝缘击穿，引起分接引线绝缘事故；⑩套管的下瓷套沿面放电，引起瓷套崩裂事故。

仅就以上列举的事例可以看出，变压器的每种绝缘结构都曾经发生过绝缘事故，而且其中大多数是在正常工作电压下发生。

2正常工作电压下的绝缘事故的原因分析2.1正常工作电压下发生绝缘事故时的绝缘实际耐受强度变压器的绝缘配合使用惯用法。

绝缘耐受场强与其实际承受场强的比值称为配合系数，或简称裕度。

变压器在正常状态下绝缘的设计裕度是足够大的，例如匝绝缘在工作电压下的裕度大于10，但事故时却再无裕度可言。

举例说明如下：(1)220kV变压器使用1.95mm匝绝缘，正常状态下的平均工频击穿电压为60kV，正常工作电压下加在匝绝缘上的电压小于4kV。

但在正常工作电压下却频繁发生匝绝缘击穿事故。

（2）220kV变压器，感应试验电压为395kV，雷电冲击波为950kV，都能在留有潜在裕度的条件下顺利通过试验，在正常运行条件下，工作电压仅为127kV。

但是有多台变压器正是在127kV电压下发生沿围屏树枝状爬电，发展成贯穿性击穿后形成主绝缘事故。

（3）某调压变压器在额定分接运行，调压绕组有电压却无电流，温度较低。

在正常工作电压下调压绕组发生事故，事故点的油道（垫块厚度）为8mm，导线的匝绝缘为1.95mm。

正常情况下工频1min平均击穿电压大于85kV，事故时垫块两侧的电压为5560V，沿垫块爬电，引起调压绕组发生级间绝缘事故。

类似例子不胜枚举，总之变压器在正常工作电压下发生绝缘事故，并非设计裕度不足，而是因为绝缘的耐受强度异乎寻常的降低。

这在分析绝缘事故时，必须首先予以关注。

2.2正常工作电压下绝缘事故原因的几种说法（1）制造缺陷说。

绝缘事故的制造缺陷说，又分“尖角手刺”说、“金属异物”说、“颗粒含量”说以及“绝缘缺陷”说等。

所有这些说法集中到一点是对放电机理有共识，即认为先发生局部放电，然后在正常工作电压下引起绝缘击穿事故。

早先的老旧变压器，确实有过上述种种原因引起正常工作电压下的绝缘事故。

但就大型电力变压器而言，这类变压器已运行20多年，有问题早应暴露。

如果至今尚未暴露，说明实际上已不再存在这类缺陷。

20世纪80年代起，220kV及以上电压等级的变压器都进行了局放试验。

经验表明，局放试验对发现上述种种缺陷是特别有效的。

因此对于出厂时局放试验合格的变压器，尤其是安装或检修后还进行过局放试验的变压器，一般不会存在正常工作电压下引起绝缘事故的制造缺陷。

（2）绝缘老化说。

我国曾经有几台变压器，由于油道堵塞，匝绝缘局部过热，引起在正常工作电压下的匝绝缘事故。

实际上这是局部过热事故。

油中气体色谱分析对这类事故是能鉴定的。

值得注意的事实是我国的大型电力变压器都是全密封结构，运行年代不长，部分长年轻载，因此一般不存在绝缘老化的问题。

如果由于绝缘老化引起绝缘事故，应有明显的老化象征。

对因绝缘事故解体检修的多台变压器，曾针对老化程度进行检查，都没有从老化现象中找到事故证据。

绝缘老化现象是具体和明显的，有证据才能成立，否则应排除其可能性。

（3）油流带电说。

对于强油循环的大型电力变压器，在油泵开动的情况下测量绕组的电位和泄放电流时，绕组电位高的可达几千伏，泄放电流大的超过微安级。

说明油流和固体绝缘摩擦必然要产生静电，只是量的多少而已，称作油流起电。

但油流起电不等于“油流带电”（通常所说的油流带电，实际指的是油流起电后引起油中放电。

以下改称油流放电）。

油流放电时在油中产生间歇性的电火花，局部放电测量仪可以收到信号，甚至耳朵可以听到声响。

持续的油流放电将引起油中出现C2H2，此时应视为一种故障。

需要说明的是由油流起电发展到油流放电是有条件的，一方面是要有足够的电量，另一方面是要形成放电的通道。

个别变压器在运行中发生油流放电，少开冷却器或将内部静电清理后就不再放电了。

油流放电一般发生在绕组下部，该处电位较低，而且一旦发生放电，易于发觉和处理。

所以至今虽有多起油流放电的事例，但并没有引起过绝缘事故。

如果认为某次工作电压下突发的绝缘事故是油流放电引起的，可以对事故变压器（事故后油未流失）或同类型变压进行试验验证。

如果事前未发现油流放电现象，事后又未经试验验证，则不宜判定事故原因。

（4）快速暂态过电压（VFTO）说。

VFTO说认为由于SF6的灭弧性能特别强，在GIS中隔离开关操作或对地放电会产生非常高频率的瞬变过电压，这种过电压脉冲传输到变压器匝绝缘上引起共振，在局部绝缘上出现过电压，多次积累作用引起在正常工作电压下发生匝绝缘事故。

这种说法似乎合乎逻辑，但没有回答以下实际问题：①大型电力变压器都有专用的无间隙氧化锌避雷器保护，而且变压器的入口电容是很大的。

入波几经衰减之后，在变压器绕组的绝缘上出现的VFTO幅值还有多高？②油浸变压器的油绝缘有显著的伏秒特性。

VFTO的能量是否足以引起油绝缘的不可逆损伤？VFTO的测量是非常困难的，至今并未获得真实的波形，而只是按设想的数学模型取得计算结果。

即使如此，所得结果仍认为，VFTO引起匝绝缘事故的可能性不大。

（5）广义受潮说。

广义受潮说认为运行中变压器内部的水分是运动的，不停地迁移和集积，在高电场区域集积一定水分之后，便在正常工作电压下迸发绝缘事故。

作者认为，应该把注意力放在研究广义受潮说上，因此以下将着重对此进行讨论。

2.3水分对油绝缘的危害性2.3.1变压器内水分的动态特性变压器内部的水分有两种存在状态，一种是受束缚的，一种是自由的。

溶解于油中的水分可以随油流动而运动，称之为自由水。

物理性吸附于固体绝缘和金属表面的水分，可以溶解到油中成为自由水，称之为准自由水。

纸绝缘中准自由水含量以百分率计，而油中自由水以百万分率计，准自由水的含量比自由水要大。

例如，设纸绝缘与油的比例为1比10，当纸绝缘中准自由水为0.5%时，油中自由水为10mg/L，准自由水比自由水就要多50倍。

油中自由水的含量随温度的升高而增加，纸中准自由水的含量则随温度的升高而下降。

变压器在运行中纸绝缘和油中的水分不停地进行交换。

变压器在运行中油在不停地循环，变压器内的电场和温度场是不均匀的。

在高电场处和低温处容易集积水分。

因此随着变压器运行时间的延伸，水分在绝缘上的分布越来越不均匀，以致形成水分的局部集积。

水分局部集积的程度首先与含水量有关，对于既定的含水量，则取决于水分的吸引力和扩散力的较量。

温度对水分的集积有驱散作用，而电场强度、纸纤维的极性对水分有显著的吸引力。