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摘要：绝缘电力变压器在长期运行中，受电、热、机械、杂质等的长期作用，匝绝缘慢慢发生物理及化学变化，趋于老化、脆裂，绝缘强度及机械强度都下降。本文中笔者研究了匝间绝缘在不同状态下的局部放电发展过程及击穿电压分布，为变压器的安全运行提供参考。
关键词：变压器；绕组匝绝缘；击穿放电试验研究；
1试验研究
在电网日常运行的过程中，变压器是其中的一项重要组成部分。该类设备能否正常进行工作，对电网的整体运行情况将产生较为重要的影响。如果在电网运行过程中变压器出现相关问题，不仅将会对人们的日常生活带来较大的负面影响，同时也将会对电力部门产生较大的经济损失。变压器一般要经历生产。运输等多个环节，任何一个环节出现问题都将有可能对变压器的绝缘性能产生较大的影响，此外，在对变压器进行排氮充油之后，也将对对其绝缘性能产生一定程度的影响。所以，在将变压器运用到电网之前，应对其实施击穿放电试验。根据国家电网公司《十八项反事故措施》的要求，在变压器投入使用之前，须对其进行局部放电试验。依据110kV产品的结构特点及匝间绝缘类型，制作变压器匝绝缘全比例模型试验平台。绕组置于油箱中，各单元端子经套管引出，用于施加激励源。油箱下部装有油泵，模拟变压器正常运行时的油流工况。在油箱上、下分别装有针式油样阀门，用于试验前后提取油样，检测油中杂质含量及油色谱。油、纸绝缘按照110kV工艺标准制备。
图1匝绝缘模型外部结构图图2单元绕组结构图
2试验接线
试验设备主要包括：工频电压发生器、局放仪、耦合电容和检测阻抗。当被试单元产生一次局部放电时，在其两端就会产生一个瞬时的电压变化ΔU，此时在被试单元、耦合电容和检测阻抗组成的回路中产生一脉冲电流i，脉冲电流i流经检测阻抗，在其两端产生一脉冲电压，将此脉冲电压进行采集、放大和显示等处理，就可测定局部放电的一些基本量，尤其是视在放电量。检测阻抗，主要作用是提取局部放电产生的高频脉冲信号，同时对试验电压的工频及其谐波的低频信号予以抑制。
3试验方法
试验前，在取油样处充入干燥空气，开启油泵，使空气在油中充分混合，然后关闭油泵，在油箱上、下两个部位取油样，测量油中含气量；油品质按110kV用油标准，含气量超标4.6%。试验采用阶梯加压法，将非测量单元端子全部接地，测量单元一个端子接地，另一端子施加电压，电压从零开始逐渐缓慢上升，直至出现局放信号时，维持10min，然后每升高2kV维持10min，直至击穿。击穿试验后，在油箱上、下两个部位取油样，测量油色谱，数据如表1所示。
表1试验后油色谱
4试验结果
按照上述试验加压方法，分别对各单元施加电压，监测局放发展过程，直至击穿。各单元击穿电压见表2。
表2击穿电压
5模型解体
试验完成后，对模型解体，查找各单元放电点。选取了典型的匝间绝缘放电击穿现象，其中1.35匝绝缘第5单元放电情况见图4，2.95匝绝缘第5单元放电情况见图5。
图41.35匝绝缘第5单元放电点图52.95匝绝缘第5单元放电点
6仿真分析
根据全比例模型，应用专业的电场分析软件开展仿真分析，以试验中的平均击穿电压作为激励源，研究场强分布及最大场强位置分析，数据见表3。根据静电场理论可知，场强最大处开始发生放电，严重者延续到击穿，本研究中，模型解体后的各单元的放电点发生位置与仿真分析完全吻合，均发生在线匝外径或内径侧，且在导线圆角位置。这与电场理论相符。
表3击穿电压和场强分布
7理论分析
正常绕组无论是从高压侧加压还是低压侧加压，其电流比应该是相等的。根据变压器原理可写出以下磁势平衡方程：
i1N1+i2N2=i10N1或i1N1+i2N2=i20N2（1）
式中，i1——高压侧电流，A
i2——低压侧电流，A
i10——高压侧激磁电流，A
i20——低压侧激磁电流，A
N1、N2——高、低压侧绕组的匝数
随着负载电流的增大，一次侧也必须增加相应的磁势（或电流），以抵消二次侧磁势的增加，才能维持磁势平衡。所以有：
Δi1N1+i2N2=0或Δi2N2+i1N1=0（2）
i1=i10+Δi1或i2=i20+Δi2（3）
变压器的负载试验也是变压器负载运行的一种特殊状态（励磁电压很低，励磁电流很小，可以忽略，i1N1+i2N2=0），可以通过以上理论来进行分析绕组匝间短路时的状态。对不同侧加压绕组电流比进行以下分析。
针对高压和低压绕组两匝之间短路的现象，假设高压绕组匝间短路：
（1）高压绕组加压，低压绕组短路。
假设低压绕组电流不变，当高压存在短路匝时，由于N1减小，则i1就要增大，高压短路匝的电流也需要I1供给，所以I1将会增大，故电流比KH=I2/I1将会减小。KH减小幅值取决于高压绕组额定匝数和短路匝数。
（2）低压绕组加压，高压绕组短路。
假设高压绕组电流不变，当高压存在短路匝时，由于N1减小，则I2就要减小。又因为高压绕组存在短路匝，短路匝的电流也需要低压绕组提供，所以I2将变化不大，故电流比KL=I2/I1变化不明显。
（3）设正常绕组时电流比为K=I2/I1。当高压加压时：△KH=KH-K当低压加压时：△KL=KL-K。
结束语：
综上所述，在全比例匝绝缘模型上开展匝绝缘局部放电和击穿试验，匝绝缘及处理过程按照110kV标准，含气量4.6%情况下，按照阶梯加压法，击穿位置在线匝之间上下圆角处。
参考文献：
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