强油冷却式变压器油流带电分析.docx

强油冷却式变压器油流带电分析-1--6-强油冷却式变压器油流带电分析由于变压器的容量和电压等级不断增大对强油循环冷却要求的提高绝缘结构的紧凑化材料干燥度的增加使得绝缘油流过油道时就会在油纸界面上产生电荷分离进而形成油道中局部电荷的积累即出现油流带电现象。这种积聚达到一定程度在油中产生浮云状的直流势差产生闪络放电破坏油道的绝缘性能因此油流带电成为引起变压器故障的因素之一。近些年来国内运转中的500kV变压器相继发生数起重大事故据有关资料报道安徽洛河、山东潍坊的故障变压器就存在着明显的油流带电情况部分500kV变压器在出厂实验时也发现有油流放电的迹象甚至在个别运转中的220kV变压器也曾有类似的油流放电现象出现。因此油流带电问题应引起我们的高度关注。1油流带电的机理变压器中的流体带电不同于其它的流体带电因为变压器通常由液体和固体两种材料承担电力绝缘而且它的流体带电是在一封闭的系统内进行也就是在一个气、水成分受控制的封闭循环系统内进行。在变压器中油流带电尤其是紊流的影响已导致几起变压器烧毁事故如洛河电厂的变压器事件。紊流为什么起电呢？这是因为在紊流条件下流速分量同流向垂直如单管模型的流体带电表示电荷分布不规律。剩余电荷密度几乎均匀地分布于流体截面电荷从管壁上激出。2影响油流带电的几个因素从变压器的结构来看可分为芯式与壳式。大亚湾核电站的主变为芯式结构联变为壳式结构。有关资料表明：壳式结构的油流带电现象较多于芯式结构。现在将国内外资料中有关影响油流带电的几个因素分述于下。2.1与流速及温度的关系从泄漏电流与流速、油温的关系曲线可知这里流速等于1Pu表示最小流速。在这个流速下油温达到50℃时才会发生静电放电。通常由层流引起的流体电流同流速成正比但在紊流条件下流体电流同平均速度的7／4次方成正比假若有旋涡产生将会同平均流速的二次方成正比。但实际运转的变压器结构复杂油流的局部偏差不可避免即使在设计时考虑了油流情况绕组泄漏电流仍对流速表现出有较大的依赖性从2次方到4次方。对油温的依赖关系方面油温上升雷诺数增加流体由层流向紊流变化。当流速为一定值导电率愈高即油温愈高电流密度也愈大；反之油温愈高松弛时间越短泄漏电流就愈大。此外图3还说明任何流速下模型变压器均在50～60℃的油温时出现最大泄漏电流油温更高或更低绕组的泄漏电流均有所下降泄漏电流最大时的油温一般在20～60℃。因此变压器发生油流放电故障时其油的温度应在20～60℃范围以内；也就是说变压器空载时其油温在45～50℃若在1Pu流速下亦可能会发生静电放电。2.2绝缘材料的表面情况各种不同的固体绝缘材料如牛皮纸、绝缘纤维板和棉布带都会用于变压器中它们有不同的表面条件及电流密度。带电程度按表面粗糙程度随牛皮纸、纤维板、皱纹纸和棉布带的排列顺序依次加大。棉布带的允许带电程度大约是牛皮纸和纤维板的10倍同样皱折牛皮纸使其表面起毛则带电程度也增加约10倍。此外从微观的角度看接触面增大能导致大量静电电荷产生。这对壳式变压器绕组中的油道接触面来说是带电的因素之一。2.3绝缘油的带电倾向油流带电的基本因素之第一个是绝缘油有带电倾向。图4是两种绝缘油的差异此外还与最小流速有关。所以绝缘油的性质对油流带电影响较大。这对运转中的滤油、油质的质量要求提出了更高的要求。2.4其它因素2.4.1励磁静电带电强度随交流场强的增加而提高当前对流动油和层压板系统的研究表明交流电场作用的增强大约可提高电荷密度5倍。变压器流动油的介电强度随油的流速而变化油的介电强度也随温度、水份、气泡的存在、杂质及微粒物质而变化。此外在运转的油／纸介质变压器系统中油和绝缘材料之间的水份是移动的。当变压器温度和压力发生变化时水份便移至重新建立的平衡状态中当水份留在或进入绝缘体的表面时界面流体的导电性也相应地变化这种情况同样会影响电荷的释放过程。2.4.2微粒物质变压器油中由生产过程当中带来的微粒物质除对前面提到的介质特性有影响外还对静电带电活动有所影响。2.4.3电荷注入已经证明上部流油电荷注入对下部流油的介质强度有所影响。2.4.4油嘴已经证明油嘴也能产生电荷。3变压器中局部放电的特征静电放电发生时的油温大概会在绕组泄漏电流最大的地方出现最小流速及各种油温下静电放电产生的绕组泄漏电流近似于常数在5～8礎。芯式变压器的静电放电主要在绕组底部附近产生。4结论与建议对于油流带电的测试方法可以实测电荷量。该方法在制造厂生产时是有条件进行的但对现场或已投运的变压器就很难办到了。在现场就只能以色谱分析、超声测量作为主要手段而辅以局放进行监控。因此建议：（1）对于新设计变压器在型式试验时做油流带电试验。做空载全电压试验油泵全开12h以上。试验前后做色谱试验中间每隔2h取油样进行分析以观察气体成分的增