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　　變壓器油一紙絕緣結(jié)構(gòu)的電擊穿弱點(diǎn)試驗(yàn)彭發(fā)東，姚森敬，陳杰華（廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣東廣州510080）紙電擊穿試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)各試樣擊穿電壓，根據(jù)雙參數(shù)Weibull分布計(jì)算試樣的電擊穿分散性，尋找油一紙絕系統(tǒng)的電擊穿弱點(diǎn)，為變壓器的狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)。

　　油一紙絕緣擊穿試驗(yàn)電極變壓器主絕緣采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，以絕緣紙、層壓板等多層絕緣材料卷繞并浸漬絕緣油而構(gòu)成，由于絕緣油的浸漬和填充消除了絕緣層中的氣隙，提高了絕緣結(jié)構(gòu)的電氣強(qiáng)度，使其具有長(zhǎng)期可靠性，因此油浸絕緣被認(rèn)為是性能為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

　　在油一紙絕緣系統(tǒng)中，假定絕緣油的介電常數(shù)為e.，絕緣紙的介電常數(shù)為ep，則在交流電壓下油中電場(chǎng)強(qiáng)度Eo與紙中電場(chǎng)強(qiáng)度Ep的關(guān)系為：通常絕緣紙的相對(duì)介電常數(shù)ep為4~5，礦物絕緣油的相對(duì)介電常數(shù)eo約22，因此在油一紙復(fù)合絕緣中，礦物絕緣油承擔(dān)的電場(chǎng)強(qiáng)度是絕緣紙的然而在變壓器的實(shí)際運(yùn)行中，絕緣紙與絕緣油發(fā)生電擊穿并不符合上述規(guī)律。本文針對(duì)老化前后的油一紙絕緣系統(tǒng)進(jìn)行擊穿試驗(yàn)，并根據(jù)雙參數(shù)Weibull分布分析油一紙絕緣的電擊穿弱點(diǎn)。

　　1試驗(yàn)方案11試驗(yàn)材料根據(jù)電力變壓器中常用的絕緣材料，本文選擇2類試樣，類是008mm厚的絕緣紙，由于實(shí)際應(yīng)用中常采用多層紙作為絕緣，因此試驗(yàn)中把8層絕緣紙疊在一起，經(jīng)干燥處理后浸在礦物油中作為試樣，厚度約為1mm131；第二類是上述同批次試樣經(jīng)過電熱加速老化試驗(yàn)處理（電壓為5kV恒定電壓，溫度為150 C），浸在新的礦物油中作為試樣。2類試樣各取20個(gè)，試樣尺寸均為邊長(zhǎng)為90mm的正方形。

　　12試驗(yàn)電極油一紙絕緣的電擊穿試驗(yàn)電極如所示，其中銅制電極表面拋光，端部以圓角過渡，以減少電暈放電，其中球電極直徑為25mm.將試樣和電極浸在變壓器油中，試驗(yàn)在常溫下進(jìn)行。

　　對(duì)試樣采用零起序進(jìn)升壓法進(jìn)行擊穿試驗(yàn)，升壓速度約為1kV/s，直到試品被擊穿為止，記錄擊穿電壓U. 2試驗(yàn)結(jié)果及分析21絕緣介質(zhì)的電擊穿固體絕緣介質(zhì)的電擊穿是具有統(tǒng)計(jì)特征的老化過程，而電老化本身是一種空間分布的、隨時(shí)間發(fā)展和積累的損傷過程。在足夠高的電場(chǎng)作用下，電流甚至在電場(chǎng)不再增加的情況下開始從穩(wěn)態(tài)過渡到非穩(wěn)態(tài)，在絕緣中產(chǎn)生破壞性的導(dǎo)電路徑，繼而導(dǎo)致固體絕緣被擊穿。固體絕緣在施加電壓后的擊穿過程可分為初始、發(fā)展及擊穿3個(gè)階段，每一階段為下一階段的出現(xiàn)提供條件。擊穿一方面由材料的性質(zhì)決定，另一方面由擊穿發(fā)展過程與事件序列變化間的相互作用決定，因此具有隨機(jī)性141.油一紙絕緣性能的劣化具有累積效應(yīng)，隨電壓升高局部放電作用逐漸增強(qiáng)，其電氣性能迅速降低，直至擊穿；而隨電壓持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，其擊穿電壓也明顯降低，試驗(yàn)中也反映了絕緣劣化的這種累積效應(yīng)。

　　22絕緣擊穿的Weibull分布模型由于試品電擊穿的分散性，通常需測(cè)試多個(gè)樣本在相同條件下的壽命，再用概率模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。國際電氣與電子工程師學(xué)會(huì)（InstituteofElectricalandEkctronicsEngineers，IEEE）標(biāo)準(zhǔn)推薦固體絕緣壽命服從雙參數(shù)Weibull分布或?qū)?shù)正態(tài)分布，本文用前者評(píng)估紙絕緣的平均壽命。

　　雙參數(shù)Weibull的累積概率分布表達(dá)式為：X與Y呈線性關(guān)系，采用小二乘法計(jì)算直線的斜率和截距可得a和P. 23試樣Weibu丨丨參數(shù)計(jì)算對(duì)每一個(gè)試樣，擊穿電壓值取能承受整個(gè)升壓過程的后一級(jí)電壓值。取Weibull參數(shù)中的x為擊穿電壓，類20個(gè)試樣的擊穿電壓見表1.表1類試樣的擊穿電壓值試樣編號(hào)擊穿電壓/kV試樣編號(hào)擊穿電壓/kV 2節(jié)的計(jì)算方法作出X與Y的線形圖（如所示）。

　　根據(jù)擬合的斜率和P截距，計(jì)算得到參數(shù)a第二類20個(gè)試樣的擊穿電壓見表2. 2節(jié)的計(jì)算方法作出X與Y的線形圖（如所示）。

　　根據(jù)擬合的斜率和截距，計(jì)算得到參數(shù)a第二類試樣的a和P值都比類試樣低。a表2第二類試樣的擊穿電壓值試樣編號(hào)擊穿電壓/kV試樣編號(hào)擊穿電壓/kV第二類試樣的Weibull分布圖為試品的平均擊穿電壓，本次試驗(yàn)中，2類試樣所采用的礦物油都為新油，第二類試樣的擊穿電壓比類試樣低約40說明紙老化嚴(yán)重影響油一紙絕緣的擊穿電壓。卩表示數(shù)據(jù)的分散性，P值越大說明試品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性越小。液體擊穿比固體擊穿的數(shù)據(jù)分散性小，卩值大。一般P值在5~9時(shí)，認(rèn)為試驗(yàn)中發(fā)生了固體擊穿；P值在12~18時(shí)，認(rèn)為試驗(yàn)中發(fā)生了液體擊穿。因此，根據(jù)a、卩值可判斷老化后試樣的擊穿首先發(fā)生在絕緣紙，而未老化試樣的擊穿首先發(fā)生在礦物油中。

　　在新的絕緣紙系統(tǒng)中，絕緣油先發(fā)生擊穿，而在老化后的絕緣紙系統(tǒng)中，絕緣紙先于絕緣油發(fā)生擊穿。在變壓器的實(shí)際運(yùn)行中，可以通過油色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及早發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)更換變壓器油，而絕緣紙則在運(yùn)行中不斷老化，不便更換。在投運(yùn)初期的變壓器中應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)油色譜參量，而在長(zhǎng)期運(yùn)行的變壓器中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)糠醛和聚合度參量的檢測(cè)，以準(zhǔn)確判斷絕緣紙的老化狀態(tài)151，防止發(fā)生絕緣紙的擊穿形成匝間短路故障。

　　3結(jié)論在新絕緣紙系統(tǒng)中，絕緣油先發(fā)生擊穿，而在老化后的絕緣紙系統(tǒng)中，絕緣紙先于絕緣油發(fā)生擊穿。

　　絕緣紙老化后會(huì)成為油一紙絕緣的弱點(diǎn)，因此在長(zhǎng)期運(yùn)行的變壓器中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)匝間短路等紙缺陷故障的監(jiān)測(cè)。

　　合理安排絕緣油與絕緣紙老化狀態(tài)的檢測(cè)方法與時(shí)間，可以減少變壓器絕緣的計(jì)劃?rùn)z修工作，為狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)。