油浸式电力变压器的老化因素有哪些?

电力变压器大多使用A级绝缘。绝缘材料有一定的机械强度和电气强度。机械强度是指绝缘承受机械荷载(张力、压力、弯曲等)的能力;电气强度(或称绝缘强度)是指绝缘抵抗电击穿的能力。变压器在长期运行中,因受到大气条件和其他物理化学作用的影响,其绝缘材料的机械和电气强度逐渐衰退的现象,称为绝缘老化。当绝缘完全失去弹性,即机械强度完全丧失时,只要没有机械损伤,仍有相当高的电气强度。但失去弹性的绝缘已变得干燥、易脆裂,容易因振动和电动力的作用而损坏。因此,绝缘老化程度不能只按电气强度来判断,必须考虑机械强度的降低程度,即由机械强度的降低程度来确定。

影响电力变压器绝缘老化的因素很多,主要有磁场、电场和外界自然力 3 个方面。

1 磁场的影响

变压器的磁场分为主磁通的磁场和漏磁通的磁场。主磁通的磁场主要用来传递电能。漏磁通的磁场较复杂,主要产生以下 3 个效应:

1)损耗效应

变压器各绕组的导体处于漏磁场中,将在导体中产生涡流,并由此引起涡流损耗。涡流损耗的大小主要取决于导体的几何尺寸和漏磁场的大小与分布,垂直于漏磁场方向的各层导体中的涡流损耗是不同的。漏磁通在绕组及铁芯中感应涡流,不能传递能量,只能产生压降和热量,使变压器温度升高。平均意义上说,漏磁场不大,但是因变压器介质分布不均匀,而且在实际运行中的变压器经常受到外界因素的影响,使其漏磁场分布不均匀,从而导致变压器局部过热。此外,漏磁场在变压器的金属结构附件中产生杂散损耗。在绕组轴向的漏磁通可在绕组压板、压钉和铁轭以及夹件中感应出涡流,引起损耗。变压器内部引线的电磁场会在其附近的金属件中引起涡流损耗。所有这些损耗(即铁损)都可能引起变压器绝缘的老化或损坏,成为运行故障的根源。变压器的漏磁场强度随变压器容量的变化而变化,容量越大,漏磁场强度就越大。漏磁场强度的不同,所造成的损耗也不同。

2)机械力效应

大型变压器在线圈漏磁场作用下,将在绕组导线上产生电磁力及动态机械力。这两个力的作用会使变压器的绕组及其紧固件发生形变或位移,容易造成变压器的绝缘破坏,产生局部放电。

3)热效应

变压器运行时,绕组、铁芯以及其他构件中产生的损耗绝大部分转化为热能。这些热能使变压器的温度升高,达到一定温度时就会造成变压器的绝缘破坏。变压器的极限温度主要取决于绕组绝缘材料的耐热性能。油浸式变压器绕组之间的绝缘材料,一般采用电缆纸或其他纸质材料,属A级绝缘,耐热温度为 105 ℃ 。干式变压器通常采用玻璃纤维绝缘材料,属B级绝缘,耐热温度为 130 ℃ 。如果绝缘材料的温度超过其极限温度(即变压器的极限温度),则变压器的寿命便会急剧缩短,甚至会烧毁。在变压器运行中,其绕组的中部偏上部位有一个最热区。因此,变压器的上层油温高于中下层。试验表明,油浸式绕组最热点年平均温度若不高于 98 ℃,变压器的运行年限可为 20 ~ 25 年,绕组最热点的温度一般比平均温度高 13 ℃ 。因此,绕组在额定负载下的年平均温度定为 85 ℃,当变压器油的平均温度大于 98 ℃时,绝缘性能就会显著恶化。

2 电场的影响

电场作用对变压器的绝缘有着较大的影响。电场分布不均匀容易造成变压器的绝缘击穿,发生局部放电,这是变压器损坏的主要原因之一。例如,变压器出口突然发生三相短路,大电流产生的电动力将引发变压器绝缘移位、线圈变形,电场分布不均匀,最终导致变压器的绝缘损坏,使变压器的寿命缩短。

引起变压器电场不均匀的原因主要有:

①工频过电压引起变压器主绝缘电场分布不均匀,从而造成局部放电。

②雷电冲击过电压引起的纵绝缘电场强度过大,从而造成纵绝缘的破坏。

③操作波过电压和特快速瞬时过电压引起的纵绝缘击穿。

3 外界自然力的影响

热力、化学力、风、雨、雪、冰雹及地震等自然力和自然灾害,对变压器的寿命都有着较大的影响。这些因素往往是不可预测的,对变压器的影响也是偶然的,没有规律的。例如,地震发生的时间、强度以及对变压器等设备的作用都是不确定的,地震可使浮放的变压器发生移位、扭转、掉台等,造成变压器顶端高低压绝缘瓷套管被破坏。对固定良好的变压器,可造成变压器顶部绝缘瓷套管根部裂损或断裂,这就需要从变压器自身及其安装的角度进行研究,加强其防震能力。对其他外力的影响也需要在不断认识规律、积累经验的基础上进行研究,并加以防范。

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