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变压器油一纸绝缘结构的电击穿弱点试验

时间:2017-10-17 9:30:00   来源:本网   添加人:admin

  变压器油一纸绝缘结构的电击穿弱点试验彭发东,姚森敬,陈杰华(广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080)纸电击穿试验,统计各试样击穿电压,根据双参数Weibull分布计算试样的电击穿分散性,寻找油一纸绝系统的电击穿弱点,为变压器的状态检修提供可靠依据。

  油一纸绝缘击穿试验电极变压器主绝缘采用油浸绝缘结构,以绝缘纸、层压板等多层绝缘材料卷绕并浸渍绝缘油而构成,由于绝缘油的浸渍和填充消除了绝缘层中的气隙,提高了绝缘结构的电气强度,使其具有长期可靠性,因此油浸绝缘被认为是性能最为稳定的结构。

  在油一纸绝缘系统中,假定绝缘油的介电常数为e.,绝缘纸的介电常数为ep,则在交流电压下油中电场强度Eo与纸中电场强度Ep的关系为:通常绝缘纸的相对介电常数ep为4~5,矿物绝缘油的相对介电常数eo约22,因此在油一纸复合绝缘中,矿物绝缘油承担的电场强度是绝缘纸的然而在变压器的实际运行中,绝缘纸与绝缘油发生电击穿并不符合上述规律。本文针对老化前后的油一纸绝缘系统进行击穿试验,并根据双参数Weibull分布分析油一纸绝缘的电击穿弱点。

  1试验方案11试验材料根据电力变压器中常用的绝缘材料,本文选择2类试样,第一类是008mm厚的绝缘纸,由于实际应用中常采用多层纸作为绝缘,因此试验中把8层绝缘纸叠在一起,经干燥处理后浸在矿物油中作为试样,厚度约为1mm131;第二类是上述同批次试样经过电热加速老化试验处理(电压为5kV恒定电压,温度为150 C),浸在新的矿物油中作为试样。2类试样各取20个,试样尺寸均为边长为90mm的正方形。

  12试验电极油一纸绝缘的电击穿试验电极如所示,其中铜制电极表面抛光,端部以圆角过渡,以减少电晕放电,其中球电极直径为25mm.将试样和电极浸在变压器油中,试验在常温下进行。

  对试样采用零起序进升压法进行击穿试验,升压速度约为1kV/s,直到试品被击穿为止,记录击穿电压U. 2试验结果及分析21绝缘介质的电击穿固体绝缘介质的电击穿是具有统计特征的老化过程,而电老化本身是一种空间分布的、随时间发展和积累的损伤过程。在足够高的电场作用下,电流甚至在电场不再增加的情况下开始从稳态过渡到非稳态,在绝缘中产生破坏性的导电路径,继而导致固体绝缘被击穿。固体绝缘在施加电压后的击穿过程可分为初始、发展及击穿3个阶段,每一阶段为下一阶段的出现提供条件。击穿一方面由材料的性质决定,另一方面由击穿发展过程与事件序列变化间的相互作用决定,因此具有随机性141.油一纸绝缘性能的劣化具有累积效应,随电压升高局部放电作用逐渐增强,其电气性能迅速降低,直至击穿;而随电压持续时间延长,其击穿电压也明显降低,试验中也反映了绝缘劣化的这种累积效应。

  22绝缘击穿的Weibull分布模型由于试品电击穿的分散性,通常需测试多个样本在相同条件下的寿命,再用概率模型进行统计分析。国际电气与电子工程师学会(InstituteofElectricalandEkctronicsEngineers,IEEE)标准推荐固体绝缘寿命服从双参数Weibull分布或对数正态分布,本文用前者评估纸绝缘的平均寿命。

  双参数Weibull的累积概率分布表达式为:X与Y呈线性关系,采用最小二乘法计算直线的斜率和截距可得a和P. 23试样Weibu丨丨参数计算对每一个试样,击穿电压值取能承受整个升压过程的最后一级电压值。取Weibull参数中的x为击穿电压,第一类20个试样的击穿电压见表1.表1第一类试样的击穿电压值试样编号击穿电压/kV试样编号击穿电压/kV 2节的计算方法作出X与Y的线形图(如所示)。

  根据拟合的斜率和P截距,计算得到参数a第二类20个试样的击穿电压见表2. 2节的计算方法作出X与Y的线形图(如所示)。

  根据拟合的斜率和截距,计算得到参数a第二类试样的a和P值都比第一类试样低。a表2第二类试样的击穿电压值试样编号击穿电压/kV试样编号击穿电压/kV第二类试样的Weibull分布图为试品的平均击穿电压,本次试验中,2类试样所采用的矿物油都为新油,第二类试样的击穿电压比第一类试样低约40%说明纸老化严重影响油一纸绝缘的击穿电压。卩表示数据的分散性,P值越大说明试品的试验数据分散性越小。液体击穿比固体击穿的数据分散性小,卩值大。一般P值在5~9时,认为试验中发生了固体击穿;P值在12~18时,认为试验中发生了液体击穿。因此,根据a、卩值可判断老化后试样的击穿首先发生在绝缘纸,而未老化试样的击穿首先发生在矿物油中。

  在新的绝缘纸系统中,绝缘油先发生击穿,而在老化后的绝缘纸系统中,绝缘纸先于绝缘油发生击穿。在变压器的实际运行中,可以通过油色谱监测系统及早发现故障并及时更换变压器油,而绝缘纸则在运行中不断老化,不便更换。在投运初期的变压器中应重点监测油色谱参量,而在长期运行的变压器中应该加强对糠醛和聚合度参量的检测,以准确判断绝缘纸的老化状态151,防止发生绝缘纸的击穿形成匝间短路故障。

  3结论在新绝缘纸系统中,绝缘油先发生击穿,而在老化后的绝缘纸系统中,绝缘纸先于绝缘油发生击穿。

  绝缘纸老化后会成为油一纸绝缘的弱点,因此在长期运行的变压器中应加强对匝间短路等纸缺陷故障的监测。

  合理安排绝缘油与绝缘纸老化状态的检测方法与时间,可以减少变压器绝缘的计划检修工作,为状态检修提供可靠依据。