?。?)220kV變壓器,感應(yīng)試驗電壓為395kV,雷電沖擊波為950kV,都能在留有潛在裕度的條件下順利通過試驗,在正常運行條件下,工作電壓僅為127kV。但是有多臺變壓器正是在127kV電壓下發(fā)生沿圍屏樹枝狀爬電,發(fā)展成貫穿性擊穿后形成主絕緣事故。
?。?)某調(diào)壓變壓器在額定分接運行,調(diào)壓繞組有電壓卻無電流,溫度較低。在正常工作電壓下調(diào)壓繞組發(fā)生事故,事故點的油道(墊塊厚度)為8mm,導(dǎo)線的匝絕緣為1.95mm。正常情況下工頻1min平均擊穿電壓大于85kV,事故時墊塊兩側(cè)的電壓為5560V,沿墊塊爬電,引起調(diào)壓繞組發(fā)生級間絕緣事故。
類似例子不勝枚舉,總之變壓器在正常工作電壓下發(fā)生絕緣事故,并非設(shè)計裕度不足,而是因為絕緣的耐受強度異乎尋常的降低。這在分析絕緣事故時,必須首先予以關(guān)注。
2.2正常工作電壓下絕緣事故原因的幾種說法
?。?)制造缺陷說。絕緣事故的制造缺陷說,又分“尖角手刺”說、“金屬異物”說、“顆粒含量”說以及“絕緣缺陷”說等。所有這些說法集中到一點是對放電機理有共識,即認(rèn)為先發(fā)生局部放電,然后在正常工作電壓下引起絕緣擊穿事故。早先的老舊變壓器,確實有過上述種種原因引起正常工作電壓下的絕緣事故。但就大型電力變壓器而言,這類變壓器已運行20多年,有問題早應(yīng)暴露。如果至今尚未暴露,說明實際上已不再存在這類缺陷。20世紀(jì)80年代起,220kV及以上電壓等級的變壓器都進(jìn)行了局放試驗。經(jīng)驗表明,局放試驗對發(fā)現(xiàn)上述種種缺陷是特別有效的。因此對于出廠時局放試驗合格的變壓器,尤其是安裝或檢修后還進(jìn)行過局放試驗的變壓器,一般不會存在正常工作電壓下引起絕緣事故的制造缺陷。
?。?)絕緣老化說。我國曾經(jīng)有幾臺變壓器,由于油道堵塞,匝絕緣局部過熱,引起在正常工作電壓下的匝絕緣事故。實際上這是局部過熱事故。油中氣體色譜分析對這類事故是能鑒定的。
值得注意的事實是我國的大型電力變壓器都是全密封結(jié)構(gòu),運行年代不長,部分長年輕載,因此一般不存在絕緣老化的問題。如果由于絕緣老化引起絕緣事故,應(yīng)有明顯的老化象征。對因絕緣事故解體檢修的多臺變壓器,曾針對老化程度進(jìn)行檢查,都沒有從老化現(xiàn)象中找到事故證據(jù)。絕緣老化現(xiàn)象是具體和明顯的,有證據(jù)才能成立,否則應(yīng)排除其可能性。
(3)油流帶電說。對于強油循環(huán)的大型電力變壓器,在油泵開動的情況下測量繞組的電位和泄放電流時,繞組電位高的可達(dá)幾千伏,泄放電流大的超過微安級。說明油流和固體絕緣摩擦必然要產(chǎn)生靜電,只是量的多少而已,稱作油流起電。但油流起電不等于“油流帶電”(通常所說的油流帶電,實際指的是油流起電后引起油中放電。以下改稱油流放電)。油流放電時在油中產(chǎn)生間歇性的電火花,局部放電測量儀可以收到信號,甚至耳朵可以聽到聲響。持續(xù)的油流放電將引起油中出現(xiàn)C2H2,此時應(yīng)視為一種故障。需要說明的是由油流起電發(fā)展到油流放電是有條件的,一方面是要有足夠的電量,另一方面是要形成放電的通道。個別變壓器在運行中發(fā)生油流放電,少開冷卻器或?qū)?nèi)部靜電清理后就不再放電了。油流放電一般發(fā)生在繞組下部,該處電位較低,而且一旦發(fā)生放電,易于發(fā)覺和處理。所以至今雖有多起油流放電的事例,但并沒有引起過絕緣事故。如果認(rèn)為某次工作電壓下突發(fā)的絕緣事故是油流放電引起的,可以對事故變壓器(事故后油未流失)或同類型變壓進(jìn)行試驗驗證。如果事前未發(fā)現(xiàn)油流放電現(xiàn)象,事后又未經(jīng)試驗驗證,則不宜判定事故原因。
?。?)快速暫態(tài)過電壓(VFTO)說。VFTO說認(rèn)為由于SF6的滅弧性能特別強,在GIS中隔離開關(guān)操作或?qū)Φ胤烹姇a(chǎn)生非常高頻率的瞬變過電壓,這種過電壓脈沖傳輸?shù)阶儔浩髟呀^緣上引起共振,在局部絕緣上出現(xiàn)過電壓,多次積累作用引起在正常工作電壓下發(fā)生匝絕緣事故。這種說法似乎合乎邏輯,但沒有回答以下實際問題:①大型電力變壓器都有專用的無間隙氧化鋅避雷器保護(hù),而且變壓器的入口電容是很大的。入波幾經(jīng)衰減之后,在變壓器繞組的絕緣上出現(xiàn)的VFTO幅值還有多高?②油浸變壓器的油絕緣有顯著的伏秒特性。VFTO的能量是否足以引起油絕緣的不可逆損傷?
VFTO的測量是非常困難的,至今并未獲得真實的波形,而只是按設(shè)想的數(shù)學(xué)模型取得計算結(jié)果。即使如此,所得結(jié)果仍認(rèn)為,VFTO引起匝絕緣事故的可能性不大。
?。?)廣義受潮說。廣義受潮說認(rèn)為運行中變壓器內(nèi)部的水分是運動的,不停地遷移和集積,在高電場區(qū)域集積一定水分之后,便在正常工作電壓下迸發(fā)絕緣事故。
作者認(rèn)為,應(yīng)該把注意力放在研究廣義受潮說上,因此以下將著重對此進(jìn)行討論。
2.3水分對油絕緣的危害性
2.3.1變壓器內(nèi)水分的動態(tài)特性
變壓器內(nèi)部的水分有兩種存在狀態(tài),一種是受束縛的,一種是自由的。溶解于油中的水分可以隨油流動而運動,稱之為自由水。物理性吸附于固體絕緣和金屬表面的水分,可以溶解到油中成為自由水,稱之為準(zhǔn)自由水。紙絕緣中準(zhǔn)自由水含量以百分率計,而油中自由水以百萬分率計,準(zhǔn)自由水的含量比自由水要大。例如,設(shè)紙絕緣與油的比例為1比10,當(dāng)紙絕緣中準(zhǔn)自由水為0.5%時,油中自由水為10mg/L,準(zhǔn)自由水比自由水就要多50倍。
油中自由水的含量隨溫度的升高而增加,紙中準(zhǔn)自由水的含量則隨溫度的升高而下降。變壓器在運行中紙絕緣和油中的水分不停地進(jìn)行交換。
變壓器在運行中油在不停地循環(huán),變壓器內(nèi)的電場和溫度場是不均勻的。在高電場處和低溫處容易集積水分。因此隨著變壓器運行時間的延伸,水分在絕緣上的分布越來越不均勻,以致形成水分的局部集積。
水分局部集積的程度首先與含水量有關(guān),對于既定的含水量,則取決于水分的吸引力和擴散力的較量。溫度對水分的集積有驅(qū)散作用,而電場強度、紙纖維的極性對水分有顯著的吸引力。所以,對于自由水和準(zhǔn)自由水含量高的變壓器,水分可能在高電場區(qū)域局部集積到足以引起絕緣事故的程度。
特別指出,許多書本和文章引用的一組油紙絕緣中水分靜態(tài)平衡曲線,是不符合運行中變壓器的實際狀況的。