影响环氧浇注电压互感器局部放电因素分析

郭将军，陆少同

（大连第一互感器有限责任公司，辽宁大连116200）

影响环氧浇注电压互感器局部放电因素分析

郭将军，陆少同

（大连第一互感器有限责任公司，辽宁大连116200）

局部放电水平是反应电压互感器绝缘性能的一项重要指标，局部放电量大小直接影响产品的使用寿命。也直接体现产品的技术设计、制造工艺、产品质量、应用材料等整体水平。局部放电量大，使用过程中会存在绝缘隐患，影响运行可靠性。通过对影响环氧浇注的电压互感器局部放电的因素进行分析，提出对应控制方法。

局部放电；环氧树脂浇注绝缘；电压互感器（PT）；电晕放电

0 引言

局部放电是指电气设备中的绝缘介质在高电场强度的作用下，发生在电极之间的未贯穿放电，是绝缘介质局部发生的电荷放电［1］。局部放电水平的高低直接反应互感器产品的绝缘性能，产生的电子、离子以及热效应会加速产品绝缘的电老化，降低产品使用寿命。局部放电量是电网可靠运行的一项重要测试指标，用户对互感器局部放电检测更加严格。因此，有必要对影响电压互感器局部放电量的因素进行研究分析，提高互感器设计、制造及运行水平。

1 影响电压互感器局部放电因素

影响环氧树脂浇注绝缘的电压互感器局部放电的因素非常多，在对浇注后的成品进行局部放电测试时，凭借试验经验，通过对如图1所示的局部放电波形，可初步判断可能出现的问题点，但是单纯依靠放电波形判断往往不够全面，无法充分完成最终改进。因此，应将产品设计和制造过程中影响产品局部放电的各主要因素与成品局部放电试验的波形相结合，进行综合分析，判断出影响产品局部放电的主要因素。

图1 局部放电波形

1.1 绕组结构设计

电压互感器内部器身的电场极不均匀，尤其是一次高压绕组附近，场强非常高。根据需求，产品设计要尽可能减小外形尺寸和安装尺寸，而小的外形尺寸限制了内部一、二次绕组的尺寸。随着外形尺寸的减小，绕组又要保证一定的匝数，这样就减小了层间绝缘，增大了绕组的层间场强。若设计时层间场强选取的不当或没有好的绕线工艺，极易导致产品局部放电量增大。同时，非常紧凑型的器身在进行环氧树脂浇注时，由于环氧树脂混合料较粘稠，并不能完全填充到绝缘层间，容易在绝缘层间存在气孔缝隙，使绝缘强度降低，使产品局部放电量激增。

1.2 绝缘距离选取

图2为电压互感器主要绝缘示意图，环氧树脂浇注绝缘的电压互感器的主要绝缘距离应包括：高压绕组与低压绕组间的绝缘距离（c），高压绕组与铁心间的绝缘距离（a、b），高压绕组与低压绕组以及铁心外包屏蔽层之间的绝缘距离，这些绝缘距离全部依靠环氧树脂填充。在设计时，要满足用户所提出的产品小尺寸、小内部空间的要求，就必须设计合理，选取合适的绝缘距离，以满足国家标准要求的工频耐压试验和感应耐压试验的绝缘性能，还要留有一定裕度。若绝缘距离设计不合理，即使通过了耐压试验，也会出现局部放电量不达标，这就需要在设计时进行结构与主绝缘层尺寸的综合优化，最终确定一个优化方案。因此主要绝缘距离设计是影响电压互感器局部放电的重要因素。

图2 电压互感器主要绝缘示意

1.3 器身包扎工艺

由于电压互感器的铁心、绕组、引线端子等各零部件间易存在棱角、尖端、毛刺，这些会导致场强不均或出现极端场强使产品局部放电量增大或局部极高。为了改善绕组、铁心、内部导体间等的电场分布，要对高低电位间的尖端电场或不均匀电场进行屏蔽均压，降低场强或消除电场集中现象。同时，也要注意将主绝缘中对局部放电有影响的器身缓冲材料或空气间隙等进行电场屏蔽，以提高绝缘性能和局部放电水平。

1.4 器身装模工序控制

器身装模工序是将互感器的器身装配到树脂浇注模具中，并对一次绕组、二次绕组、铁心等进行固定，保证设计的绝缘距离充分实现，如果器身装模操作不当，不能保证原设计方案各绕组部件间的绝缘距离，就会直接影响产品的绝缘性能和局部放电水平，甚至会导致耐压直接击穿。同时对装模操作的时间也要加以控制，尽可能缩短时间，还要注意对器身及模具的防护，防长时间暴露造成吸潮、落尘、污渍、掉入异物等，对浇注工艺、绝缘性能、局部放电水平造成影响。在装模操作时，要保证调整各处绝缘距离均符合设计要求，保证高压绕组与铁心、器身与模具的绝缘距离满足设计要求，不会造成局部场强集中或过高；在作业时，还要注意不要让器身外包扎的屏蔽材料破损、起翘，如发现应及时修复，对于已装好器身的模具应及时入炉预热，防止外部受潮。

1.5 环氧树脂浇注及固化

不同型号的环氧树脂，因浇注配方及固化工艺不同，其电气绝缘和灭电弧性能会有一定差别，优良的环氧树脂浇注工艺也是产品局部放电达标的保障。浇注设备运行的可靠与稳定，直接影响着环氧树脂混合料的配比、混合料的均匀度，浇注的温度、真空度、浇料速度，这些指标都对产品局部放电大小起着决定性作用，材料的预热温度、填料时间、及固化炉温的控制等，也会对环氧树脂混合料的性能造成不同程度的影响，因此适用的浇注工艺是提高电压互感器局部放电水平的可靠基础。

1.6 浇注体的装配

在对电压互感器的浇注体进行装配时，要确保各金属零部件无尖角、无毛刺、无夹带的其它污秽杂质、异物等，并要保证零部件间连接可靠，需要接地的部件也要确保可靠接地。

1.7 成品试验

在对成品施加高压进行局部放电试验时，高压端子金属件与试验设备的连接点如果尖端或曲率半径较小，极易在其附近产生强电场，使附近的空气发生电离，产生电晕或辉光放电，这虽然属于外部放电信号，但是会收入到检测设备中，对判断产品的实际局部放电量产生干扰。同时，成品局部放电试验设备周围的电源干扰信号、接地系统干扰、空间干扰信号等对局部放电的干扰影响也很大，需要经验丰富的试验员进行检测，否则易造成误判。

2 影响局部放电因素的控制方法

2.1 选取合理层匝数和层间场强

设计人员根据设计参数设计好铁心尺寸，确定绕组总匝数，对绕组进行排线设计时，应根据所使用的层间绝缘材料的绝缘强度选取合理层匝数进行排线，确定合适的层间场强［2］

式中：E为层间场强，V／mm；U为试验时施加的电压，V；N为绕组总匝数；n为每层匝数；c为每层线使用的绝缘材料的层数；δ为层间绝缘材料的厚度，mm。

由式（1）可以看出，如每层匝数过多，层间场强会增高，因此要尽量减少每层匝数，但减少每层匝数就会增加排线总层数，使绕组尺寸增大，所以要考虑在绕组排线后的外径尺寸满足设计尺寸要求的前提下取合理的每层匝数。同时，在进行绕组设计时计算的层间场强应充分考虑层间绝缘材料的绝缘介电性能。不同的绝缘材料，其介电性ε值是不一样的，一般层间场强可按3.5~5 kV／mm选取。在绕组设计时若层间场强过高，要对每层匝数进行调整，也可采用宝塔式分级绕制高压绕组，可有效降低层间场强及绕组端部场强，这对提高电压互感器的局部放电水平也有一定帮助。

2.2 主绝缘设计与浇注树脂的选择

在进行产品主绝缘设计时，要根据互感器的运行条件选用相应牌号的环氧树脂，不同牌号的环氧树脂电气绝缘性能会稍有差别，对互感器的局部放电也会产生一定影响。在进行主绝缘设计时，要充分考虑环氧树脂的各项性能，包括固化缩比性能等，采用不同环氧树脂浇注的产品主绝缘距离的取值不同。即便是同一台产品中不同位置的主绝缘层厚度取值也可能是不同。这要按环氧树脂绝缘强度选定，一般取4～6 kV／mm。另外，在设计过程中，还应将器身装入模具时的距离偏差因素考虑进去，如果外形尺寸允许，可以使主绝缘距离留有一些余量，提高电压互感器的绝缘性能和局部放电水平。

2.3 屏蔽包扎

制造器身过程中，高压一次绕组、低压二次绕组、铁心间均可采用绝缘带和半导电材料进行绝缘、屏蔽包扎，可以有效均匀电场，降低电场强度和电场集中现象［3］，进而提高局部放电水平。一般情况下，高压一次绕组外围及端面电场强度比较高，采用屏蔽和均压措施可降低电场强度，消除高压端的尖端放电。另外，还要注意保持材料的干燥和清洁，也有利于提高产品的局部放电水平。缓冲屏蔽包扎材料的厚度、尺寸及均匀平整度等要符合设计及工艺要求，不能影响有效的绝缘距离，也不要形成鼓包、棱角，否则会使自身产生电场集中效应，影响局部放电水平。

2.4 器身真空干燥

选用合适的温度对器身进行真空干燥，可以除去绕组层间、匝间、绝缘、屏蔽等材料中的水分，降低环氧树脂浇注时形成气孔（泡）的概率，可大大提高局部放电水平。干燥温度不宜超过树脂浇注温度，要根据企业自身特点，制定一个具有合理的温度、时间及真空度的器身真空干燥工艺，温度40～100℃，干燥时间3～10 h，真空度60～120 Pa。

2.5 浇注体表面清理

在环氧浇注体进行装配时，要先对预装配的各金属零部件、浇注体表面、接线端子等处进行检查和去尖角毛刺，再用相应的试剂进行擦拭，保证产品干净、清洁，无污秽及杂质，消除外部因素对局部放电试验的干扰。

2.6 试验工装的设计

在试验检测工序中可根据不同型号、规格的产品，设计相应的试验工装，既可降低试验干扰，增强局部放电试验的精确度，又可提高工作效率。如成品试验时，可以在电压互感器的高压端子处安装均压球，电压越高，均压球直径应越大，可以使高压端附近场强均匀，有效地排除外部电晕放电对局部放电测量的干扰，使对产品的局部放电量判断更加准确可靠。但需要注意的是，均压球直径的大小应考虑高低压间的爬电距离是否满足设计要求，否则会适得其反。

3 结语

影响环氧树脂浇注绝缘电压互感器局部放电的因素有很多，分析的因素和控制措施是经长期跟踪互感器制造得出，可将其应用到电压互感器的器身设计、制造及试验中，可以有效提高产品的局部放电水平。

［1］王福刚，曾兵，葛良全，等.高压互感器局部放电原因分析［J］.高压电器，2008，44（1）：73-75.

［2］肖耀华，高祖绵.互感器原理与设计基础［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，2003.

［3］李志勇，胡培中，胡国能，等.35 kV环氧浇注电压互感器局部放电的分析［J］.变压器，2005，42（10）：8-11.

Analysis of Factors Influencing Partial Discharge of Epoxy Resin Casting Voltage Transformers

Partial discharge level is an important parameter indicating performance quality of voltage transformers.It will directly affect the life of the product.To ensure high reliability，more and more transformer manufacturers do the partial discharge test for their products.The factors are amalyzed which influence partial discharge of epoxy resin casting insulation voltage transformers，and some corresponding control measures are put forward.

partial discharge；epoxy resin casting insulation；voltage transformer；corona discharge

TM451

：B

：1007－9904（2014）06－0053－03

2014-09-27

郭将军（1986），男，工程师，主要从事环氧树脂浇注绝缘的互感器设计开发以及工艺研究工作。