浅析油浸式变压器铁芯夹件绝缘降低*

王 斌,刘丰文,翁兴辰

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州 313000)

浅析油浸式变压器铁芯夹件绝缘降低*

王 斌,刘丰文,翁兴辰

(国网浙江省电力公司湖州供电公司,浙江湖州 313000)

通过对油浸式变压器铁芯夹件结构的了解,并结合实际案例分析铁芯夹件绝缘降低的危害和原因,从而得出铁芯夹件绝缘降低的判断处理方法.

铁芯夹件;绝缘;受潮

从广义上讲,铁芯夹件绝缘降低包括绝缘电阻为0Ω(即金属性短路)的情况,此种情况容易判别,但铁芯夹件的绝缘降低分析、判断和处理在实际工作中还需要进一步地总结归纳,这对防止出现铁芯夹件多点接地和变压器绝缘下降有重要意义.

1 变压器铁芯夹件的结构

铁芯是变压器中的磁路部分.通常由含硅量较高,厚度分别为0.35 mm.3 mm.27 mm,表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成,铁芯结构的基本形式有心式和壳式.变压器铁芯夹件(夹紧结构)属于变压器的主要零部件,与铁芯结合形成了变压器内部的骨架.其结构特征是:在铁芯的上铁轭、下铁轭的两侧分别各装有上金属夹件和下金属夹件,两金属夹件之间用金属连接,套在铁芯柱上的绕组轴向固定在上夹件和下夹件间,绕组的引线通过绝缘支架固定在上夹件或下夹件上,铁芯的下铁轭下垫垫脚绝缘(通常铁芯与夹件之间往往只有两三张厚1.5 mm左右的油浸纸作为绝缘),并将两下夹件固定在垫脚上(通常下夹件与变压器底部之间也往往只有一块厚3 cm左右的高密度层压木板;或垫两三张厚1.5 mm左右的油浸纸,并在下面垫上橡皮),其四周垫绝缘木块;在位于铁芯柱两侧的上夹件和下夹件间分别各装有绝缘拉板;油纸绝缘的变压器中,其绝缘夹件用高密度层压木板.

一般大中型油浸式变压器铁芯和夹件接地均是从上部通过小套管引出,为了便于在线监测,通过小瓷套引至油箱下部接地.铁芯夹件引出接地是因为电力变压器在正常运行时,绕组周围存在电场,而铁芯和夹件等金属构件处于该电场之中,且场强各异.若铁芯不可靠接地,则产生充放电现象,损坏其固体和油绝缘.因此,铁芯必须有一点可靠接地.如果铁芯由于某种原因在某位置出现另一点接地时,形成闭合回路,则正常接地的引线上就会产生环流,这就是人们常说的铁芯多点接地故障.变压器铁芯多点接地后,一方面会造成铁芯局部短路过热,严重时会造成铁芯局部烧损,酿成更换铁芯硅钢片的重大故障;另一方面由于铁芯的正常接地线产生环流,引起变压器局部过热,也可能产生放电性故障.

2 铁芯夹件绝缘降低的原因和危害

2.1 降低的原因

(1)水分和潮湿空气进入变压器导致绝缘油和绝缘材料抗电性能降低,是引发变压器绝缘、铁芯夹件绝缘降低的主要原因.这是由于安装检修工艺质量不良、产品密封结构或质量缺陷、密封部件老化、运行维护不到位等造成.

(2)绝缘油中存在某种杂质、杂物影响内部电场分布.这主要是由于安装或检修时内部处理不干净或遗留物(铁丝、工具等)、内部部件老化脱落沉淀形成油泥等造成.

(3)绝缘油和绝缘材料老化.这主要是由于产品质量和运行工况不良或运行维护不到位等造成.

2.2 降低的危害

由于铁芯夹件绝缘下降的主要原因是水分的进入,水分的比重比变压器油大,造成水分往往聚集在变压器底部,极易造成铁芯夹件两点或多点接地,铁芯夹件绝缘降低往往预示着内部(特别是底部)绝缘在恶化,特别是局部绝缘(如层间绝缘)的下降还不容易发现,严重威胁变压器的安全稳定运行.

3 实际案例

3.1 案例

2013年10月在对110 k V白水变#2主变吊罩大修前,对该主变进行了修前试验,主要试验项目及数据如下:对铁芯和夹件进行绝缘电阻测试,使用2 500V摇表,绝缘电阻对地分别为6.8 MΩ和3.6 MΩ,铁芯对夹件为7.8 MΩ,三相绕组绝缘电阻均在5 000 MΩ以上,油色谱试验气体含量和微水含量均合格.在吊罩后对变压器器身进行了检查,器身无异常,底部未发现水迹.初步判断是铁芯夹件底部绝缘受潮,决定进行热油循环干燥处理.然而,在进行72 h热油循环处理后,再次对铁芯和夹件绝缘电阻进行了测试,其结果为铁芯对地3.5 MΩ,夹件对地0 MΩ,铁芯对夹件为7.6 MΩ.初步判断是夹件金属性接地,在无法对其进行消除的情况下进行了再次吊罩检查,结果发现在下夹件底部绝缘木板处发现水迹(见图1),并用高精度电阻表测量夹件对地绝缘电阻为40 KΩ,而变压器油微水合格.

图1 夹件浸水受潮Fig .1 Clam ping device soaking wet

水迹

3.2 案例分析

在进行72 h热油循环处理后,测量夹件对地绝缘电阻为40 KΩ,是由于变压器在第一次吊罩后注油时油流将聚集在底部局部区域的水分冲击并使之散发,加之热油循环将水分加热,充分渗入夹件底部绝缘板(最低处),使绝缘板的相对介电系数增大,绝缘水平进一步降低.同时,由于该变压器底部为凹入式结构,底部出油管较高,在热油循环过程中底部变压器油只有一小部分散发,其带出的水分通过热油循环抽真空环节排出,而取油样口未在油箱最底部,故变压器油微水合格.

该案例表明在水分进入变压器本体后,在进入数量不大时,往往会造成铁芯夹件绝缘下降,且往往是夹件对地绝缘电阻最低,因为下夹件处在最低点,其与下节箱体只有一块厚3 cm左右的高密度层压木板,水分首先对其产生影响.铁芯对地和夹件的绝缘电阻稍高(也可能达到要求值),因为下部铁轭位置稍高,且与下夹件之间垫有两三张厚1.5 mm左右的油浸纸作为绝缘.但对绕组主绝缘未必一定造成严重影响,甚至试验无法察觉,其表现出的主要绝缘项目试验数据均无明显变化且符合要求.此种现象的主要原因是水分渗入点位置和数量对主绝缘影响不大,但铁芯夹件绝缘水平明显下降.热油循环对铁芯夹件底部绝缘受潮处理效果不佳.

4 铁芯夹件绝缘降低的判断和处理

经过长时间运行的变压器总存在一定的密封部件老化导致水分进入,内部绝缘部件的老化导致绝缘劣化等设备状况变差的情况,因此铁芯夹件绝缘水平总存在不同程度的下降,这是正常现象,关键要对变化的程度要有一个准确的判断,以便及时采取措施,确保变压器始终处于一个良好可控的状态.

(1)当铁芯对地、铁芯对夹件绝缘电阻较高(100 MΩ以上),而夹件对地绝缘电阻很低(10 MΩ以下)时,基本可以判断变压器底部存在水分,只对夹件底部绝缘木板产生影响,有条件时可将上下夹件脱开进行测量,并对油箱底部(较困难)进行取油样检测,做进一步的判断.(案例2:110 k V的变压器,铁心对地＞2 500 MΩ,铁心对夹件＞2 500 MΩ,但夹件对地只有5 MΩ,吊罩时肉眼观察无异常,但最终检查下夹件底部木板受潮).

此类故障表明变压器底部已受潮,变压器可能存在一定程度的水分进入通道,需找出受潮原因,同时对底部受潮木板进行更换处理(其他方法效果不佳),必要时再进行热油循环彻底排出内部潮气.

(2)当铁芯对地、夹件对地绝缘电阻较高(100 MΩ以上),而夹件对铁芯绝缘电阻很低(10 MΩ以下)时,基本可以判断变压器夹件与铁芯间的几毫米厚的油浸绝缘纸或油道存在脏污.(案例3:铁芯对地绝缘、夹件对地绝缘测试均良好,但铁芯对夹件只有1.4 MΩ,且在绝缘电阻测试时,在铁芯上部有放电声,结果发现铁芯与上夹件间的绝缘纸存在脏污).

此类故障表明铁芯和夹件间绝缘存在问题,其间绝缘可能存在脏污或局部受潮,此类故障铁芯和夹件虽然对地绝缘都很高,但还需引起足够重视,因为铁芯和夹件往往都是分别引出接地的,铁芯和夹件绝缘薄弱,极易导致铁芯与夹件间形成闭合回路,形成两点或多点接地.对此,可采取热油循环进行处理(对上述可能的因素均有一定效果),否则须吊罩处理.

(3)当夹件对地绝缘电阻非常低(1 MΩ以下),铁芯对地绝缘电阻也很低(10 MΩ以下),铁芯对夹件也较低(10 MΩ以下),基本可以判断变压器水分进入较多,底部受潮严重,夹件与底部间的绝缘木板完全受潮,夹件与铁芯的绝缘纸也受潮.尽管如此,变压器绕组主绝缘和绝缘油油化试验均有可能是合格的(因为尽管油样取至底部油样阀,但许多变压器底部存在网格状突沿且油流孔洞很小,造成沉积在底部的水分不易流动),有条件时需从油箱底部多处直接抽取油样进行化验检测确认.特别注意当用兆欧表测量夹件对地绝缘电阻显示为0时,须使用万用表对其电阻做进一步测量,因为当其绝缘电阻小于0.1 MΩ时,精度不高的兆欧表测量也可能显示为0,这不能判定为金属性短路连接(案例1)

此类故障表明变压器底部铁芯夹件绝缘完全受潮,必须立即进行处理,更重要的是找出受潮原因并处理妥当.在对底部受潮处理时,可在现场吊起铁芯组件,清除底部油水混合物并烘干,更换底部下夹件与下节油箱间的层压绝缘板和四周垫脚绝缘木块,最后进行热油循环彻底排出变压器主体潮气.若内部受潮较严重可回厂整体烘干处理.

(4)当夹件对地、夹件对铁芯绝缘电阻较高,而铁芯对地绝缘电阻很低的情况极少,这是由于变压器夹件包裹在铁芯的最外层造成的.

(5)一般来讲,铁芯夹件金属性接地连接多属于固定触碰连接.当然也有当变压器运行时出现铁芯夹件接地引出线中产生环流,而停运时测量绝缘电阻正常的现象,这主要是由于变压器底部存有铁磁性金属物造成的,在变压器带电情况下其产生的磁场使铁磁性金属物一端吸取形成“搭桥”的导电体导致,可通过放电冲击法进行消除,否则需吊罩消除.对于铁芯夹件金属性接地点的查找可采用直流电压法或交流电流法.

5 铁芯夹件绝缘降低的预防和监测

铁芯夹件不同程度绝缘降低都是可以预防和跟踪监测的,通过监测能尽早发现变压器局部受潮现象(变压器局部受潮或绝缘降低往往首先表现出铁芯和夹件的绝缘降低),并对不同程度的铁芯夹件绝缘下降进行密切跟踪,根据实际情况采取针对性措施,防止其进一步恶化,确保变压器始终处于良好的可控状态.

5.1 预防方法

防止铁芯夹件绝缘电阻降低的主要方法有使用结果性能优良的变压器、提升安装检修工艺质量、加强日常运行维护等.

5.2 监测手段

通过技术改造,对所有铁芯或夹件通过小套管引出接地的变压器进行铁芯和夹件引出接地线CT的加装,用于在线监视接地线中环流.目前在铁芯引出接地线上已落实了加装CT的工作.然而,夹件同样需要进行加装,其和铁芯一样且更容易引起夹件本身的两点或多点接地,产生不良后果,铁芯引出接地线上的CT无法对夹件上产生的接地环流进行监测.当铁芯或夹件引出接地线上出现环流时,则要根据环流的大小和变化的情况,及时采取措施.若环流不大(≤100 m A),变化不明显,可通过串接电阻进一步降低其环流,当然,环流大小取决于故障点与正常接地点的相对位置.为此,还需取油样做油色谱分析检测,并加强实时监控.有条件时使变压器停运,测量铁芯的绝缘电阻,消除隐患,防止变压器铁芯夹件绝缘进一步降低,产生不良后果.

6 结语

油浸式变压器铁芯绝缘不同程度的绝缘降低,会给变压器安全稳定运行带来危害,目前在线监测方法和手段还不能完全及时有效的反映绝缘降低的实际情况,而通过对变压器铁芯和夹件绝缘电阻的测试和分析,能有效地判断变压器内部铁芯夹件绝缘降低的原因,并为合理准确的处理提供依据.

A Brief Analysis of the Insulation Reducing Oil-Immersed Transformer Clamping Piece

WANG Bin,LIU Fengwen,WENG Xingchen
(Huzhou Power Supply Company,Zhejiang Electric Power Corporation,State Grid,Huzhou 313000,China)

Through the study of the oil-immersed transformer structure,and the combination with practical case studies,the paper analyzes the causes and hazards of the clamping piece insulation reduction,resulting to obtaining the approaches of judgment and treatment.

clamping piece;insulation;wetting

TM406

A

1009-1734(2014)10-0058-04

[责任编辑 高俊娥]

2014-08-15

王斌,助理工程师,研究方向:变电安装、变电检修.E-mail:2715039440@qq.com