In energiesystemen dienen transformatoren als de kernapparatuur voor energieconversie en -transmissie, en hun isolatieprestaties bepalen rechtstreeks de stabiliteit van de werking van het elektriciteitsnet. Gedeeltelijke ontlading (PD) is een 'vroeg waarschuwingssignaal' voor degradatie van de isolatie van transformatoren.-Dit type lokale boogontlading dat niet door de isolatie dringt, zal het isolatiemateriaal geleidelijk aan eroderen en kan uiteindelijk leiden tot ernstige ongelukken, zoals defecte isolatie en uitval van apparatuur.
Transformatoren met verschillende isolatiestructuren hebben aanzienlijke verschillen in het opwekkingsmechanisme en de belangrijkste inducerende factoren van gedeeltelijke ontlading. Dit artikel richt zich op olie-ondergedompelde transformatoren en droge- transformatoren (weergegeven door epoxyhars-gegoten type), waarbij industriële praktijken en technische principes worden gecombineerd om de kernoorzaken van gedeeltelijke ontlading diepgaand te analyseren en professionele referenties te bieden voor apparatuurselectie, werking en onderhoudstests.
I. Droge-typetransformatoren (epoxyhars-gegoten type): isolatiedefecten en procesbeheersing zijn belangrijke factoren
Droge-transformatoren gebruiken epoxyhars en andere vaste isolatiematerialen als kern en worden veel gebruikt in hoge- gebouwen, datacentra en andere scenario's vanwege hun voordelen zoals brandwerendheid, onderhouds-vrije werking en kleine afmetingen. Hun gedeeltelijke ontladingsproblemen zijn voornamelijk geconcentreerd in twee dimensies: defecten aan isolatiemateriaal en giet-/wikkelprocessen.
De kernisolatiematerialen van droge- transformatoren omvatten epoxyhars, Nomex-papier, isolatiekarton, enz. Als de materiaalproductie of -keuze onjuist is, is het gemakkelijk om zich te vermengen met luchtbellen, onzuiverheden of microscheuren te veroorzaken:
- Bellen die elektrische veldconcentratie induceren:Resterende belletjes in vaste isolatiematerialen hebben een diëlektrische constante die veel lager is dan die van het basisisolatiemedium (de diëlektrische constante van epoxyhars is bijvoorbeeld ongeveer 3,5, terwijl die van lucht slechts 1,0 is). Het elektrische veld zal sterk geconcentreerd zijn in de bubbels. Wanneer de elektrische veldsterkte de tolerantiedrempel van het materiaal overschrijdt, wordt een gedeeltelijke ontlading geactiveerd. Lange- ontladingen zullen het bellenvolume geleidelijk vergroten, waardoor er isolatierisico's ontstaan;
- Onzuiverheden die vervorming van het elektrische veld veroorzaken:Metaalresten, stof en andere onzuiverheden die in het isolatiemateriaal zijn gemengd, vormen een structuur die lijkt op een "puntelektrode", waardoor de uniforme verdeling van het elektrische veld wordt verstoord en een plaatselijk gebied met hoge veldsterkte wordt gevormd aan de punt van de onzuiverheid, waardoor corona-ontlading wordt geïnduceerd;
- Isolatiegevaren van microscheuren:Als de spanningsvrijgave ongelijkmatig is tijdens het uitharden van het materiaal, of als er mechanische schokken optreden tijdens transport en installatie, zullen microscheuren ontstaan die onzichtbaar zijn voor het blote oog. Het elektrische veldconcentratie-effect bij de scheuren zal ook een gedeeltelijke ontlading veroorzaken, en de scheuren zullen zich blijven uitbreiden met de ontlading, waardoor de veroudering van de isolatie wordt versneld.
Procesbeheersing is de sleutel tot het voorkomen van gedeeltelijke ontlading in droge-transformatoren. Nalatigheid bij het verbinden, zoals wikkelen, inpakken, gieten en uitharden, kan verborgen gevaren met zich meebrengen:
- Slechte isolatiewikkeling van wikkelingen:Losse isolatiewikkeling tussen wikkellagen en windingen, met gaten of rimpels. Deze gaten zullen lokale gebieden met een lage diëlektrische constante vormen en "gebieden met een hoog-risico" voor de concentratie van elektrische velden worden; tegelijkertijd zullen de tijdens het wikkelen gegenereerde rimpels leiden tot een ongelijkmatige isolatiedikte, waardoor de vervorming van het elektrische veld verder wordt verergerd;
- Defecten in de verwerking van geleiders:Niet-verwijderde bramen, scherpe hoeken of krassen op het geleideroppervlak. Onder bedrijfsomstandigheden met hoge- spanning zal de elektrische veldsterkte aan de uiteinden scherp toenemen (in overeenstemming met het "corona-ontladings"-principe), waardoor direct een corona-ontlading wordt geïnduceerd. De ontlading zal geleidelijk de isolatielaag van de geleider eroderen, waardoor het defectbereik groter wordt;
- Ontoereikende behandeling met spanningsegalisatie:De elektrische veldverdeling aan het einde van de transformatorwikkeling is van nature ongelijkmatig. Als er geen spanningsvereffeningsring of spanningsvereffeningsplaat is geïnstalleerd, of als het ontwerp van de spanningsvereffeningsstructuur onredelijk is, zal de elektrische veldsterkte aan het uiteinde de isolatietolerantielimiet overschrijden, wat leidt tot overmatige gedeeltelijke ontlading. Dit is ook een veel voorkomende aanleiding voor gedeeltelijke ontlading aan het einde van droge- transformatoren;
- Onjuiste giet- en uithardingsprocessen:De kernprocesfouten van epoxyhars-gegoten transformatoren zijn geconcentreerd in twee schakels: "ontgassen" en "uitharden". Onvolledige ontgassing zorgt ervoor dat restgas in het epoxymengsel niet kan worden afgevoerd, waardoor er na het uitharden interne belletjes ontstaan (dit is een hoog-oorzaak van overmatige gedeeltelijke ontlading in droge- transformatoren); terwijl een te hoge/lage uithardingstemperatuur of een te lange/korte uithardingstijd zal leiden tot onvolledige uitharding van de isolatie (resterende niet-gereageerde epoxymonomeren) of spanningsconcentratie, wat op zijn beurt microscheuren veroorzaakt en de integriteit van de isolatie schaadt.
II. Olie-Ondergedompelde transformatoren: toestand van isolatieolie en interfacedefecten zijn de belangrijkste risicopunten
In olie-ondergedompelde transformatoren gebruiken een gecombineerd isolatiesysteem van isolerende olie en vaste isolatie (karton, met olie-geïmpregneerd papier) en hebben lange tijd de belangrijkste transformatormarkt in energiesystemen bezet vanwege hun voordelen, zoals hoge isolatiesterkte en goede warmteafvoer. Hun gedeeltelijke ontladingsproblemen houden nauw verband met de toestand van de isolerende olie en de kenmerken van het olie--papier-interface, waarbij kernfactoren de volgende drie categorieën omvatten:
Isolatieolie dient niet alleen als isolatiemedium, maar vervult ook de warmteafvoerfunctie. De zuiverheid en staat ervan beïnvloeden rechtstreeks het risico op gedeeltelijke ontlading:
- Vocht en overmatig gasgehalte:Als de in olie-ondergedompelde transformator niet goed is afgedicht, zal vocht uit de lucht in de isolerende olie doordringen, waardoor de doorslagspanning van de olie aanzienlijk wordt verminderd; Tegelijkertijd zullen er, als de opgeloste gassen in de olie (zoals zuurstof, waterstof, methaan) niet tijdig worden verwijderd, kleine belletjes in de olie ontstaan. Deze bellen zijn geneigd te ontladen onder invloed van het elektrische veld, en het gas dat door de ontlading wordt gegenereerd zal het gasgehalte in de olie verder verhogen, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat;
- Onzuiverheidsverontreiniging:Als de isolerende olie wordt gemengd met metaaldeeltjes, vezelonzuiverheden, enz. tijdens productie, transport of bediening en onderhoud, zal deze een prototype vormen van een "geleidend kanaal" in de olie.-onzuiverheden zullen ladingen adsorberen, zich onder invloed van het elektrische veld in een richting verplaatsen, zich ophopen op het grensvlak tussen de olie- en vaste-isolatie, en een gedeeltelijke ontlading veroorzaken;
- Veroudering en verslechtering van de oliekwaliteit:Na langdurig gebruik-ondergaat de isolatieolie oxidatiereacties onder invloed van hoge temperaturen en elektrische velden, waardoor verouderingsproducten zoals zuren, colloïden en slib worden geproduceerd. Deze stoffen zullen de isolatieprestaties van de olie verminderen en tegelijkertijd chemisch reageren met vaste isolatiematerialen, waardoor de isolatie-integriteit van het olie--papiergrensvlak wordt beschadigd en omstandigheden worden gecreëerd voor gedeeltelijke ontlading.
Het isolatiesysteem van in olie-ondergedompelde transformatoren bestaat uit "isolerende olie + massief karton", en de interfacetoestand tussen de twee is een belangrijk gevoelig gebied voor gedeeltelijke ontlading:
- Interfacebellen en gaten:Als het ontgassen tijdens het vullen van de transformatorolie niet volledig is, of als de isolerende olie uitzet bij verhitting en krimpt bij afkoeling tijdens bedrijf, zullen er kleine gaatjes of belletjes ontstaan op het grensvlak tussen de olie en het karton. Het is zeer waarschijnlijk dat het concentratie-effect van het elektrische veld in deze gebieden een gedeeltelijke ontlading veroorzaakt;
- Vocht en veroudering van karton:Omdat het een vast isolatiemateriaal is, zal het isolatievermogen aanzienlijk afnemen als het karton vocht absorbeert (zoals infiltratie van regenwater als gevolg van een defecte afdichting). Tegelijkertijd zal vocht de veroudering en degradatie van het karton bevorderen, waardoor microscheurtjes en vezelresten ontstaan. Deze defecten zullen ontlading op het grensvlak veroorzaken, en de ontlading zal de carbonisatie van het karton versnellen, waardoor een geleidend kanaal ontstaat.
Naast de problemen met het isoleren van olie en interfaces kunnen onjuiste constructieve ontwerpen en processen ook leiden tot gedeeltelijke ontlading in olie-ondergedompelde transformatoren:
- Losse kronkelende fixatie:Als de wikkeling losjes is gebonden, zal de elektromagnetische trilling tijdens de werking van de transformator de verplaatsing van de wikkeling veroorzaken, wat resulteert in gaten in de isolatie tussen lagen en windingen, en een elektrische veldconcentratie induceert;
- Uitstekende punten van metalen componenten:Als er scherpe hoeken, bramen op de metalen beugels, kabels en andere componenten in de transformator zitten, of als hun posities tijdens de installatie afwijken, zullen er onder hoge spanning lokale gebieden met een hoge veldsterkte worden gevormd, waardoor corona-ontlading wordt geïnduceerd;
- Slechte tankafdichting:Het falen van de tankafdichting zal niet alleen leiden tot de infiltratie van vocht en onzuiverheden, maar zorgt er ook voor dat lucht de tank binnendringt, waardoor een bellaag op het olieoppervlak ontstaat. Deze belletjes zijn belangrijke bronnen van gedeeltelijke ontlading.
III. Kernverschillen en preventie Kern van gedeeltelijke ontlading tussen de twee soorten transformatoren
| Vergelijkingsdimensie | Droge-typetransformatoren (epoxyhars-gegoten type) | Olie-Ondergedompelde transformatoren |
| Kernisolatiemedium | Stevige isolatie zoals epoxyhars, Nomex-papier | Isolatieolie + olie-papiercomposietisolatie |
| Belangrijkste ontladingsfactoren | Interne belletjes in materialen, procesfouten (gieten/wikkelen) | Verslechtering van de isolatieolie, defecten in de interface van olie-papier |
| Gevoelige gebieden | Wikkeluiteinden, binnen het gietlichaam, geleiderpunten | Olie-papieren interface, belletjes in de olie, luchtspleet bovenaan de tank |
| Preventie kern | Controle van de materiaalzuiverheid, verfijnde processen (ontgassen/uitharden/wikkelen), optimalisatie van de spanningsvereffeningsstructuur | Isolerende oliezuivering (ontgassing/uitdroging/verwijdering van onzuiverheden), afdichtingsbescherming, monitoring van de interfacestatus |
IV. Industrie-inzichten: vroege detectie en bedienings- en onderhoudssuggesties voor gedeeltelijke ontlading
Het gevaar van gedeeltelijke ontlading ligt in de "verhulling" ervan.-De aanvankelijke ontladingsintensiteit is laag, zonder duidelijke uiterlijke kenmerken, maar accumulatie op lange- termijn zal leiden tot onomkeerbare verslechtering van de isolatie. Daarom moeten zowel olie--ondergedompelde als droge- transformatoren belang hechten aan vroege detectie, bediening en onderhoudscontrole:
- Regelmatig testen: gebruik online bewakingssystemen voor gedeeltelijke ontladingen (zoals ultrasoon testen, testen op ultra-hoge frequentie) om ontladingssignalen in realtime vast te leggen en de defectposities nauwkeurig te lokaliseren;
- Materiaal- en procescontrole: geef prioriteit aan fabrikanten met volledige kwalificaties en volwassen processen bij het selecteren van producten, waarbij de nadruk ligt op de zuiverheid van isolatiemateriaal en procestestrapporten;
- Bedrijfs- en onderhoudsbescherming: voor in olie-ondergedompelde transformatoren: test regelmatig indicatoren zoals vocht, gasgehalte en diëlektrisch verlies van isolatieolie, en voer tijdig filtratie en zuivering uit; voor transformatoren van het droge-type: vermijd mechanische schokken, maak het oppervlaktestof regelmatig schoon en voorkom kruip van het isolatieoppervlak;
- Omgevingscontrole: Vermijd het gebruik van transformatoren in omgevingen met een hoge luchtvochtigheid, overmatig stof en corrosieve gassen. Droge-transformatoren moeten zorgen voor goede ventilatie en warmteafvoer om oververhitting en veroudering van de isolatie te voorkomen.
Conclusie: Gedeeltelijke ontlading is een "onzichtbare doder" van het isolatiesysteem van de transformator en de oorzaken ervan hangen nauw samen met het type apparatuur, de isolatiestructuur en het procesniveau. Door de gedeeltelijke ontladingskarakteristieken van olie--ondergedompelde en droge- transformatoren onder de knie te krijgen, en door wetenschappelijke productselectie, verfijnde procescontrole en regelmatige tests, kunnen de ontladingsrisico's vanaf de bron worden verminderd en kan de veilige en stabiele werking van het energiesysteem worden gegarandeerd.
