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　　變壓器油一紙絕緣結構的電擊穿弱點試驗彭發東，姚森敬，陳杰華（廣東電網公司電力科學研究院，廣東廣州510080）紙電擊穿試驗，統計各試樣擊穿電壓，根據雙參數Weibull分布計算試樣的電擊穿分散性，尋找油一紙絕系統的電擊穿弱點，為變壓器的狀態檢修提供可靠依據。

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

　　在油一紙絕緣系統中，假定絕緣油的介電常數為e.，絕緣紙的介電常數為ep，則在交流電壓下油中電場強度Eo與紙中電場強度Ep的關系為：通常絕緣紙的相對介電常數ep為4~5，礦物絕緣油的相對介電常數eo約22，因此在油一紙復合絕緣中，礦物絕緣油承擔的電場強度是絕緣紙的然而在變壓器的實際運行中，絕緣紙與絕緣油發生電擊穿并不符合上述規律。本文針對老化前后的油一紙絕緣系統進行擊穿試驗，并根據雙參數Weibull分布分析油一紙絕緣的電擊穿弱點。

　　1試驗方案11試驗材料根據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，由于實際應用中常采用多層紙作為絕緣，因此試驗中把8層絕緣紙疊在一起，經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過電熱加速老化試驗處理（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，試樣尺寸均為邊長為90mm的正方形。

　　12試驗電極油一紙絕緣的電擊穿試驗電極如所示，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，試驗在常溫下進行。

　　對試樣采用零起序進升壓法進行擊穿試驗，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試驗結果及分析21絕緣介質的電擊穿固體絕緣介質的電擊穿是具有統計特征的老化過程，而電老化本身是一種空間分布的、隨時間發展和積累的損傷過程。在足夠高的電場作用下，電流甚至在電場不再增加的情況下開始從穩態過渡到非穩態，在絕緣中產生破壞性的導電路徑，繼而導致固體絕緣被擊穿。固體絕緣在施加電壓后的擊穿過程可分為初始、發展及擊穿3個階段，每一階段為下一階段的出現提供條件。擊穿一方面由材料的性質決定，另一方面由擊穿發展過程與事件序列變化間的相互作用決定，因此具有隨機性141.油一紙絕緣性能的劣化具有累積效應，隨電壓升高局部放電作用逐漸增強，其電氣性能迅速降低，直至擊穿；而隨電壓持續時間延長，其擊穿電壓也明顯降低，試驗中也反映了絕緣劣化的這種累積效應。

　　22絕緣擊穿的Weibull分布模型由于試品電擊穿的分散性，通常需測試多個樣本在相同條件下的壽命，再用概率模型進行統計分析。國際電氣與電子工程師學會（InstituteofElectricalandEkctronicsEngineers，IEEE）標準推薦固體絕緣壽命服從雙參數Weibull分布或對數正態分布，本文用前者評估紙絕緣的平均壽命。

　　雙參數Weibull的累積概率分布表達式為：X與Y呈線性關系，采用小二乘法計算直線的斜率和截距可得a和P. 23試樣Weibu丨丨參數計算對每一個試樣，擊穿電壓值取能承受整個升壓過程的后一級電壓值。取Weibull參數中的x為擊穿電壓，類20個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擊穿電壓/kV試樣編號擊穿電壓/kV 2節的計算方法作出X與Y的線形圖（如所示）。

　　根據擬合的斜率和P截距，計算得到參數a第二類20個試樣的擊穿電壓見表2. 2節的計算方法作出X與Y的線形圖（如所示）。

　　根據擬合的斜率和截距，計算得到參數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擊穿電壓/kV試樣編號擊穿電壓/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說明紙老化嚴重影響油一紙絕緣的擊穿電壓。卩表示數據的分散性，P值越大說明試品的試驗數據分散性越小。液體擊穿比固體擊穿的數據分散性小，卩值大。一般P值在5~9時，認為試驗中發生了固體擊穿；P值在12~18時，認為試驗中發生了液體擊穿。因此，根據a、卩值可判斷老化后試樣的擊穿首先發生在絕緣紙，而未老化試樣的擊穿首先發生在礦物油中。

　　在新的絕緣紙系統中，絕緣油先發生擊穿，而在老化后的絕緣紙系統中，絕緣紙先于絕緣油發生擊穿。在變壓器的實際運行中，可以通過油色譜監測系統及早發現故障并及時更換變壓器油，而絕緣紙則在運行中不斷老化，不便更換。在投運初期的變壓器中應重點監測油色譜參量，而在長期運行的變壓器中應該加強對糠醛和聚合度參量的檢測，以準確判斷絕緣紙的老化狀態151，防止發生絕緣紙的擊穿形成匝間短路故障。

　　3結論在新絕緣紙系統中，絕緣油先發生擊穿，而在老化后的絕緣紙系統中，絕緣紙先于絕緣油發生擊穿。

　　絕緣紙老化后會成為油一紙絕緣的弱點，因此在長期運行的變壓器中應加強對匝間短路等紙缺陷故障的監測。

　　合理安排絕緣油與絕緣紙老化狀態的檢測方法與時間，可以減少變壓器絕緣的計劃檢修工作，為狀態檢修提供可靠依據。