I kraftsystem fungerar transformatorer som kärnutrustningen för energiomvandling och överföring, och deras isoleringsprestanda bestämmer direkt stabiliteten i kraftnätets drift. Partial Discharge (PD) är en "tidig varningssignal" för försämring av transformatorisolering-denna typ av lokala ljusbågsurladdningar som inte penetrerar isoleringen kommer gradvis att erodera isoleringsmaterialet och kan så småningom leda till allvarliga olyckor som isoleringsbrott och utrustningsavbrott.
Transformatorer med olika isoleringsstrukturer har betydande skillnader i genereringsmekanismen och nyckelinducerande faktorer för partiell urladdning. Den här artikeln fokuserar på olje-sänkta transformatorer och torra-transformatorer (representerade av epoxiharts-gjuttyp), och kombinerar branschpraxis och tekniska principer för att djupgående analysera de centrala orsakerna till partiell urladdning, vilket ger professionella referenser för utrustningsval, drift och underhållstestning.
I. Transformatorer av torr-typ (epoxiharts-gjuttyp): Isolationsdefekter och processkontroll är kärninducerande faktorer
Transformatorer av torr-typ tar epoxiharts och andra fasta isoleringsmaterial som kärnan och används i stor utsträckning i-höghus, datacenter och andra scenarier på grund av deras fördelar som brandmotstånd, underhållsfri-drift och liten storlek. Deras partiella urladdningsproblem är huvudsakligen koncentrerade till två dimensioner: isoleringsmaterialdefekter och gjutnings-/lindningsprocesser.
Kärnisoleringsmaterialen i transformatorer av torr-typ inkluderar epoxiharts, Nomex-papper, isoleringskartong etc. Om materialtillverkningen eller -valet är felaktigt är det lätt att blanda med bubblor, föroreningar eller producera mikrosprickor:
- Bubblor som inducerar elektrisk fältkoncentration:Kvarvarande bubblor i fasta isoleringsmaterial har en dielektricitetskonstant som är mycket lägre än den för basisoleringsmediet (t.ex. är dielektricitetskonstanten för epoxiharts cirka 3,5, medan den för luft endast är 1,0). Det elektriska fältet kommer att vara mycket koncentrerat inuti bubblorna. När den elektriska fältstyrkan överstiger materialets toleranströskel kommer partiell urladdning att utlösas. Lång-utsläpp kommer gradvis att utöka bubbelvolymen, vilket skapar isoleringsrisker;
- Föroreningar som orsakar elektrisk fältförvrängning:Metallskräp, damm och andra föroreningar som blandas i isoleringsmaterialet kommer att bilda en struktur som liknar en "spetselektrod", vilket stör den enhetliga fördelningen av det elektriska fältet och bildar ett lokalt område med hög fältstyrka vid spetsen av föroreningen, vilket inducerar koronaurladdning;
- Isoleringsrisker med mikrosprickor:Om spänningsavgivningen är ojämn under materialhärdning, eller om det uppstår mekanisk påverkan under transport och installation, kommer mikrosprickor som är osynliga för blotta ögat att genereras. Koncentrationen av det elektriska fältet vid sprickorna kommer också att utlösa partiell urladdning, och sprickorna kommer att fortsätta att förlängas med urladdningen, vilket påskyndar isoleringens åldrande.
Processkontroll är nyckeln till att förhindra partiell urladdning i transformatorer av torr-typ. Försumlighet i någon länk som lindning, omlindning, gjutning och härdning kan lämna dolda faror:
- Dålig isolering omlindning av lindningar:Löst isoleringslindning mellan lindningsskikt och varv, med glipor eller rynkor. Dessa luckor kommer att bilda lokala områden med låg dielektrisk konstant, och blir "hög-riskområden" för elektriska fältkoncentrationer; samtidigt kommer rynkor som genereras under lindningen att leda till ojämn isoleringstjocklek, vilket ytterligare förvärrar distorsion av elektriskt fält;
- Defekter i ledarbearbetning:Oborttagna grader, skarpa hörn eller repor på ledarytan. Under hög-driftsförhållanden kommer den elektriska fältstyrkan vid spetsarna att öka kraftigt (i linje med "koronaurladdnings"-principen), vilket direkt inducerar koronaurladdning. Urladdningen kommer gradvis att erodera ledarisoleringsskiktet, vilket utökar defektområdet;
- Otillräcklig spänningsutjämningsbehandling:Den elektriska fältfördelningen i änden av transformatorlindningen är naturligtvis ojämn. Om ingen spänningsutjämningsring eller spänningsutjämningsplatta är installerad, eller om utformningen av spänningsutjämningsstrukturen är orimlig, kommer den elektriska fältstyrkan i slutet att överskrida isoleringstoleransgränsen, vilket leder till överdriven partiell urladdning. Detta är också en vanlig orsak till partiell urladdning i slutet av transformatorer av torr-typ;
- Felaktiga gjutnings- och härdningsprocesser:Kärnprocessdefekterna i epoxihartsgjutna transformatorer{{0} är koncentrerade i två länkar: "avgasning" och "härdning". Ofullständig avgasning gör att restgasen i epoxiblandningen inte kan tömmas, vilket bildar inre bubblor efter härdning (detta är en-högfrekvent orsak till överdriven partiell urladdning i transformatorer av torr-typ); medan alltför hög/låg härdningstemperatur eller alltför lång/kort härdningstid leder till ofullständig isoleringshärdning (resterande oreagerade epoximonomerer) eller spänningskoncentration, vilket i sin tur genererar mikrosprickor och skadar isoleringens integritet.
II. Olje-nedsänkta transformatorer: Isoleringsoljans tillstånd och gränssnittsdefekter är de viktigaste riskpunkterna
Olje-nedsänkta transformatorer använder ett kombinerat isoleringssystem av isolerande olja och solid isolering (kartong, olje-impregnerat papper) och har länge ockuperat den huvudsakliga transformatormarknaden inom kraftsystem på grund av deras fördelar som hög isoleringshållfasthet och god värmeavledning. Deras partiella utsläppsproblem är nära relaterade till tillståndet för isolerolja och egenskaperna hos olje-pappersgränssnittet, med centrala inducerande faktorer inklusive följande tre kategorier:
Isoleringsolja fungerar inte bara som ett isoleringsmedium utan åtar sig även värmeavledningsfunktionen. Dess renhet och tillstånd påverkar direkt risken för partiell urladdning:
- Fukt och överdrivet gasinnehåll:Om den olje-sänkta transformatorn inte är tätt försluten kommer fukt i luften att tränga in i den isolerande oljan, vilket avsevärt kommer att minska oljans genomslagsspänning; samtidigt, om de lösta gaserna i oljan (som syre, väte, metan) inte avlägsnas i tid, kommer små bubblor att bildas i oljan. Dessa bubblor är benägna att urladdas under inverkan av det elektriska fältet, och gasen som genereras av urladdningen kommer att ytterligare öka gasinnehållet i oljan, vilket bildar en ond cirkel;
- Orenhetsförorening:Om den isolerande oljan blandas med metallpartiklar, fiberföroreningar, etc. under produktion, transport eller drift och underhåll, kommer den att bilda en prototyp av en "ledande kanal" i oljan -föroreningar kommer att adsorbera laddningar, röra sig i riktning under inverkan av det elektriska fältet, ackumuleras vid gränsytan mellan oljan och fast isolering och inducerar partiell urladdning;
- Åldrande och försämring av oljekvalitet:Efter lång-drift kommer den isolerande oljan att genomgå oxidationsreaktioner under inverkan av hög temperatur och elektriska fält, vilket ger åldrande produkter som syror, kolloider och slam. Dessa ämnen kommer att minska oljans isoleringsförmåga och samtidigt reagera kemiskt med fasta isoleringsmaterial, skada isoleringsintegriteten hos oljepapperets-pappersgränssnitt och ge förutsättningar för partiell urladdning.
Isoleringssystemet för olje-nedsänkta transformatorer består av "isoleringsolja + solid kartong", och gränssnittstillståndet mellan de två är ett nyckelkänsligt område för partiell urladdning:
- Gränssnittsbubblor och luckor:Om avgasningen är ofullständig under påfyllning av transformatorolja, eller om den isolerande oljan expanderar när den värms upp och drar ihop sig när den kyls under drift, kommer små luckor eller bubblor att bildas vid gränsytan mellan oljan och kartongen. Den elektriska fältkoncentrationseffekten i dessa områden utlöser mycket sannolikt partiell urladdning;
- Fukt och åldrande av kartong:Som ett fast isoleringsmaterial, om kartongen absorberar fukt (som regnvatteninfiltration på grund av tätningsfel), kommer dess isoleringsprestanda att minska avsevärt. Samtidigt kommer fukt att främja åldrandet och nedbrytningen av kartongen, vilket genererar mikrosprickor och fiberskräp. Dessa defekter kommer att inducera urladdning vid gränssnittet, och urladdningen kommer att påskynda karboniseringen av kartongen, vilket bildar en ledande kanal.
Utöver problemen med isoleringsolja och gränssnitt kan felaktig strukturell design och processer också leda till partiell urladdning i olje-nedsänkta transformatorer:
- Lös lindningsfixering:Om lindningen är löst bunden kommer den elektromagnetiska vibrationen under transformatordrift att orsaka lindningsförskjutning, vilket resulterar i gap i isoleringen mellan skikt och varv, och inducerar elektrisk fältkoncentration;
- Utskjutande spetsar av metallkomponenter:Om det finns skarpa hörn, grader på metallfästena, kablar och andra komponenter inuti transformatorn, eller deras positioner är förskjutna under installationen, kommer lokala områden med hög fältstyrka att bildas under hög spänning, vilket inducerar koronaurladdning;
- Dålig tanktätning:Fel i tanktätningen kommer inte bara att leda till infiltration av fukt och föroreningar utan även tillåta luft att komma in i tanken och bilda ett bubbelskikt på oljeytan. Dessa bubblor är viktiga källor till partiell urladdning.
III. Kärnskillnader och förebyggande Kärna av partiell urladdning mellan de två typerna av transformatorer
| Jämförelsedimension | Transformatorer av torr-typ (epoxiharts-gjuttyp) | Olje-nedsänkta transformatorer |
| Kärnisoleringsmedium | Solid isolering som epoxiharts, Nomex-papper | Isoleringsolja + olje-papperskompositisolering |
| Huvudsakliga urladdningsinducerande faktorer | Inre bubblor i material, processdefekter (gjutning/lindning) | Försämring av isoleringsolja, defekter i olje-pappersgränssnitt |
| Känsliga områden | Lindningsändar, inuti gjutkroppen, ledarspetsar | Olje-pappersgränssnitt, bubblor i olja, luftgap i toppen av tanken |
| Förebyggande kärna | Materialrenhetskontroll, förfinade processer (avgasning/härdning/inpackning), optimering av spänningsutjämningsstruktur | Rening av isolerolja (avgasning/uttorkning/borttagning av föroreningar), tätningsskydd, gränssnittstillståndsövervakning |
IV. Branschinsikter: Tidig upptäckt och drift- och underhållsförslag för partiell urladdning
Risken med partiell urladdning ligger i dess "döljande"-den initiala urladdningsintensiteten är låg, utan uppenbara yttre egenskaper, men långvarig-ackumulering kommer att leda till irreversibel isolationsförsämring. Därför bör både olje-nedsänkta och torra-transformatorer fästa vikt vid tidig upptäckt och drift- och underhållskontroll:
- Regelbundna tester: Använd online-övervakningssystem för partiell urladdning (som ultraljudstestning, ultra-högfrekvenstestning) för att fånga urladdningssignaler i realtid och exakt lokalisera defekta positioner;
- Material- och processkontroll: Prioritera tillverkare med fullständiga kvalifikationer och mogna processer vid val av produkter, med fokus på isoleringsmaterialrenhet och processtestrapporter;
- Drift- och underhållsskydd: För olje-nedsänkta transformatorer, testa regelbundet indikatorer som fukt, gasinnehåll och dielektrisk förlust av isoleringsolja, och utför filtrering och rening i tid; för transformatorer av torr-typ, undvik mekanisk påverkan, rengör regelbundet ytdamm och förhindra krypning av isoleringsytan;
- Miljökontroll: Undvik att använda transformatorer i miljöer med hög luftfuktighet, mycket damm och korrosiva gaser. Transformatorer av -typ bör säkerställa god ventilation och värmeavledning för att förhindra överhettning och åldring av isoleringen.
Slutsats: Partiell urladdning är en "osynlig mördare" av transformatorns isoleringssystem, och dess orsaker är nära relaterade till utrustningstyp, isoleringsstruktur och processnivå. Att bemästra de partiella urladdningsegenskaperna hos transformatorer av olje-nedsänkta och torra-typ, och genom vetenskapligt produktval, förfinad processkontroll och regelbunden testning, kan minska utsläppsriskerna från källan och säkerställa en säker och stabil drift av kraftsystemet.
