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摘 要：介绍变压器的局部放电及减小局放的有效措施，保证变压器能够满足试验要求。
关键词：变压器；绝缘弱点；局部放电
一、引言
因为变压器涉及了电、磁、热、力等多学科，所以研究局部放电将是一个复杂的问题，就目前的科研进程看，对于变压器局部放电的评估，还只是粗略的，我们还是可以从设计、工艺各方面采取相应的有效措施去降低局部放电量，以增加变压器的寿命。为此本文将从局部放电产生的机理、局部放电的性质及如何采取措施降低局放等方面，谈谈看法。
二、产生的原因及分类
首先应该知道局部放电的概念，它有两个方面的意义：一指并非在全部电极表面，只是在局部地方；二是绝缘介质的整个厚度上并非都有电击穿，而是在某一绝缘结构中，存在某些绝缘弱点，它在一些外施电压作用下会首先放电，但并不随即扩至整个绝缘结构，以上这两种现象称为局部放电。
那么绝缘弱点的具体表现是什么呢？一般认为有：
1、绝缘材料中存在着空穴或空腔，其内通常是充满了气体。例如，常用的电木筒，层压绝缘纸板的各层间，由于真空及浸漆干燥工艺处理不佳，或是压制过程的填充不足等，就可能产生这种现象。当其浸油时，由于漆膜严密，油往往不能浸入此空腔内，故当含有这些绝缘材料的绝缘结构受到一定电场强度作用时，会因下述两个原因使空穴首先发生放电：
2、变压器油中存在着悬浮状态的气体空腔（简称气泡），如果变压器绝缘结构中浸有处理不良的变压器油时，即含气泡，则由于第（1）原因所述的理由，气泡会首先出现放电。事实上，变压器油含气量还很大，既使进行真空脱气处理，也很难达到1%以下。
3、油纸绝缘内油膜或油—隔板式绝缘结构中油隙部分，在较高的外施电场强度作用下，会首先发生放电。如变压器线圈间的主绝缘、线圈端部绝缘、引线绝缘、线段间及匝间绝缘等都可能发生此类放电。
4、绝缘结构中由于设计及制造上的原因，使某些区域中受到过高的电场强度而首先出现放电。例如，作匝绝缘的导线表面出现尖角、毛刺或者油箱及某些金属结构件出现尖角等便属此类。
5、金属部件或导电体之间的电气连接不良，易引起该处放电。对于超高压变压器，往往会在铁芯上发生局部放电。这是由于铁芯中各硅钢片之间是相互绝缘的，而接地片只嵌入某两相邻的片间，倘若运行中片间所出现的感应电压作用强度超过片间绝缘膜的绝缘强度时，漆膜就会发生击穿。
6、绝缘筒或线圈在浸漆过程中，某些绝缘件出现漆瘤，或铁芯捆扎带、拉带等在干燥后，环氧树脂胶留下气泡，由于气体的绝缘强度低，该处首先出现放电。
7、环境条件的影响，如绝缘结构中的温度突然大幅度下降，或者气压显著下降时，均能使油中溶解气体的能力降低，从而使原处于溶解状的气体（这种气体状态对于局部放电影响很小）变为悬浮状，遂易引起气泡性局部放电的发生。
8、绝缘材质中夹杂金属颗粒。如绝缘纸板中压进金属线，浇塑制品的螺杆、螺母、压钉垫圈等内部混杂金属粉尘等。悬浮金属在电场中产生悬浮电位，从而引起介质放电。
9、局部放电本身的出现，会使绝缘介质分解出气体，从而进一步使局部放电得到发展，形成恶性循环。
由上可知，有些原因是因结构和材料关系而不可避免的，比如，油—隔板绝缘中的油隙部份是绝缘的弱点，纸板中或多或少地存在着空穴，绝缘介质中含有较多水分、气体或杂质等。
三、局部放电的电气特征
绝缘介质中局部放电的出现，可按气体介质或液体介质的电气击穿理论来说明。
油漆绝缘的气隙以及油中气泡里产生局部放电的必要条件是：
（1）、气体中的电场强度超过放电起始场强。
（2）、气隙内存在有效的自由电子。按照放电机理，局部放电可分为三类：①汤逊放电，以电子碰撞电离为主。即电子崩在高压场强作用下而引起的；②流注放电，以光电离为主，空隙中存在起始电子且流注条件好以满足时发生的放电；③热电离放电，以热电离为主，当湿度大于1000℃以上时发生。
四、局部放电对绝缘寿命的危害
由前面的叙述已知，局部放电发生的基本因素，是绝缘中某一部分受到过高的足以引起其放电的场强。放电介质可能是气泡，也可能是油或固体绝缘，而固体绝缘的缺陷也往往是绝缘中有空穴和杂质。局部放电的能量与介质所处的电场强弱、电场分布均匀程度、电极形状关系极大。
局部放电除对绝缘的直接侵蚀外，还会在油中产生（或将油及纸板分解出）H2（氢气）、CH4（甲烷）、C2H2（乙炔）、C2H4（乙烯）、CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）等气体。这些气体分布于油中，使油质变劣，大大降低了油的耐压强度和增加了介质损失率，从而减少了绝缘的使用寿命。
关于局部放电对绝缘的寿命的影响，目前还没有权威性的研究结论报导，但可以肯定地认为，局部放电量对绝缘寿命的影响，已超过温度对绝缘寿命的影响。所以这种由局放引发的绝缘老化现象越来越受到重视。所以目前对局部放电值的规定由500pc逐渐将至300pc甚至100pc。
五、降低局部放电的措施
既然局部放电对绝缘有如此大的危害，则降低局部放电就是设计、工艺技术人员及操作工人的工作注意重点。经过以上我们对局部放电产生的原因及对绝缘的侵蚀机理，我们可以得知如何在降低局部放电上采取措施。那么，从设计到制造，主要需采取哪些措施，解决问题的关键在哪里呢？
设想一个球，支撑或悬浮在空中，如图示，球的半径为r，与之相对应的是地电位，于是形成一对电极。现在球上施加电压U，那么，当二者相距很远时，球面上的一点电场强度（用同心球解析式）为：
E =U/r
相同r的任何其他电极，对很远的另一个电极以相同电压U不能产生大于上式中的电场强度。即E 是可能的最大值。上式显示了该设想的球（尖角）场强与小球的半径成反比。
无论是怎么的“尖”，都可以典型化成为一个半径为r的球（或球的一部分），只是r很小而已。从上式看出，设U为200kV，r为1mm，则E为200kV/mm。在油中，当以70kV/mm为许用场强时，r=1不行，而r=3就行了。由此可见，让尖端不尖，是降低局部放电的根本措施，而怎样提高许用场强，是材料、工艺的问题。
如果小球（尖角）已接地，如图示，因为接地也是一个电极，尖角处电位线较密，因此，尖角处比其他平面处的场强要大，也就比其他平面处容易放电。
以上分析了产生局部放电的关键所在，那么，要降低局部放电，在变压器结构上、工艺上、材料上应采取哪些具体措施呢？这里在总结前人经验的同时，谈谈个人的举措：
1、线圈各个点之间电位差，尽量做到减极性，避免形成加极性。
2、串联线圈与公共线圈连接的连线，导电部分的外径要加大，所有焊接部位，除尖角毛刺要与屏蔽结合起来，对于软屏蔽（如用金属铝箔），要有足够的紧度，外限适可而止。
3、目前使用的心柱围屏与铁轭围屏均为单层屏，每两条铜带间隔为5mm左右，且在线圈端部电场较强的部分为屏蔽不够，建议改为双层交叠式，且柱轭尽量延伸到接近尖角处。
4、各种金属零部件（金属接地部分）必须可靠接地，金属件要做到无尖角，绝缘端圈、垫块必须进行倒角处理。
5、引线的包扎工艺及清洁度也是造成局部放电量大的重要原因。比如引线包扎时，包入了浸水绝缘，这些浸水绝缘在经过干燥处理后会形成硬纸团，水里也含杂质，即形成形状不规则的尖角电极。当清洁度不好时，也形成了分散的悬浮电位。所以，制造过程要予以高度重视。
总而言之，局部放电作为一种故障隐患，对变压器绝缘起着潜移默化的侵蚀作用。而它的产生与设计、工艺、材料等方面都有联系。所以要解决局部放电量大的问题，需要变压器设计、制造者共同努力，无论忽视了哪个环节，都将可能造成局部放电量增大，对变压器绝缘造成危害。■
关键词：变压器；绝缘弱点；局部放电
一、引言
因为变压器涉及了电、磁、热、力等多学科，所以研究局部放电将是一个复杂的问题，就目前的科研进程看，对于变压器局部放电的评估，还只是粗略的，我们还是可以从设计、工艺各方面采取相应的有效措施去降低局部放电量，以增加变压器的寿命。为此本文将从局部放电产生的机理、局部放电的性质及如何采取措施降低局放等方面，谈谈看法。
二、产生的原因及分类
首先应该知道局部放电的概念，它有两个方面的意义：一指并非在全部电极表面，只是在局部地方；二是绝缘介质的整个厚度上并非都有电击穿，而是在某一绝缘结构中，存在某些绝缘弱点，它在一些外施电压作用下会首先放电，但并不随即扩至整个绝缘结构，以上这两种现象称为局部放电。
那么绝缘弱点的具体表现是什么呢？一般认为有：
1、绝缘材料中存在着空穴或空腔，其内通常是充满了气体。例如，常用的电木筒，层压绝缘纸板的各层间，由于真空及浸漆干燥工艺处理不佳，或是压制过程的填充不足等，就可能产生这种现象。当其浸油时，由于漆膜严密，油往往不能浸入此空腔内，故当含有这些绝缘材料的绝缘结构受到一定电场强度作用时，会因下述两个原因使空穴首先发生放电：
2、变压器油中存在着悬浮状态的气体空腔（简称气泡），如果变压器绝缘结构中浸有处理不良的变压器油时，即含气泡，则由于第（1）原因所述的理由，气泡会首先出现放电。事实上，变压器油含气量还很大，既使进行真空脱气处理，也很难达到1%以下。
3、油纸绝缘内油膜或油—隔板式绝缘结构中油隙部分，在较高的外施电场强度作用下，会首先发生放电。如变压器线圈间的主绝缘、线圈端部绝缘、引线绝缘、线段间及匝间绝缘等都可能发生此类放电。
4、绝缘结构中由于设计及制造上的原因，使某些区域中受到过高的电场强度而首先出现放电。例如，作匝绝缘的导线表面出现尖角、毛刺或者油箱及某些金属结构件出现尖角等便属此类。
5、金属部件或导电体之间的电气连接不良，易引起该处放电。对于超高压变压器，往往会在铁芯上发生局部放电。这是由于铁芯中各硅钢片之间是相互绝缘的，而接地片只嵌入某两相邻的片间，倘若运行中片间所出现的感应电压作用强度超过片间绝缘膜的绝缘强度时，漆膜就会发生击穿。
6、绝缘筒或线圈在浸漆过程中，某些绝缘件出现漆瘤，或铁芯捆扎带、拉带等在干燥后，环氧树脂胶留下气泡，由于气体的绝缘强度低，该处首先出现放电。
7、环境条件的影响，如绝缘结构中的温度突然大幅度下降，或者气压显著下降时，均能使油中溶解气体的能力降低，从而使原处于溶解状的气体（这种气体状态对于局部放电影响很小）变为悬浮状，遂易引起气泡性局部放电的发生。
8、绝缘材质中夹杂金属颗粒。如绝缘纸板中压进金属线，浇塑制品的螺杆、螺母、压钉垫圈等内部混杂金属粉尘等。悬浮金属在电场中产生悬浮电位，从而引起介质放电。
9、局部放电本身的出现，会使绝缘介质分解出气体，从而进一步使局部放电得到发展，形成恶性循环。
由上可知，有些原因是因结构和材料关系而不可避免的，比如，油—隔板绝缘中的油隙部份是绝缘的弱点，纸板中或多或少地存在着空穴，绝缘介质中含有较多水分、气体或杂质等。
三、局部放电的电气特征
绝缘介质中局部放电的出现，可按气体介质或液体介质的电气击穿理论来说明。
油漆绝缘的气隙以及油中气泡里产生局部放电的必要条件是：
（1）、气体中的电场强度超过放电起始场强。
（2）、气隙内存在有效的自由电子。按照放电机理，局部放电可分为三类：①汤逊放电，以电子碰撞电离为主。即电子崩在高压场强作用下而引起的；②流注放电，以光电离为主，空隙中存在起始电子且流注条件好以满足时发生的放电；③热电离放电，以热电离为主，当湿度大于1000℃以上时发生。
四、局部放电对绝缘寿命的危害
由前面的叙述已知，局部放电发生的基本因素，是绝缘中某一部分受到过高的足以引起其放电的场强。放电介质可能是气泡，也可能是油或固体绝缘，而固体绝缘的缺陷也往往是绝缘中有空穴和杂质。局部放电的能量与介质所处的电场强弱、电场分布均匀程度、电极形状关系极大。
局部放电除对绝缘的直接侵蚀外，还会在油中产生（或将油及纸板分解出）H2（氢气）、CH4（甲烷）、C2H2（乙炔）、C2H4（乙烯）、CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）等气体。这些气体分布于油中，使油质变劣，大大降低了油的耐压强度和增加了介质损失率，从而减少了绝缘的使用寿命。
关于局部放电对绝缘的寿命的影响，目前还没有权威性的研究结论报导，但可以肯定地认为，局部放电量对绝缘寿命的影响，已超过温度对绝缘寿命的影响。所以这种由局放引发的绝缘老化现象越来越受到重视。所以目前对局部放电值的规定由500pc逐渐将至300pc甚至100pc。
五、降低局部放电的措施
既然局部放电对绝缘有如此大的危害，则降低局部放电就是设计、工艺技术人员及操作工人的工作注意重点。经过以上我们对局部放电产生的原因及对绝缘的侵蚀机理，我们可以得知如何在降低局部放电上采取措施。那么，从设计到制造，主要需采取哪些措施，解决问题的关键在哪里呢？
设想一个球，支撑或悬浮在空中，如图示，球的半径为r，与之相对应的是地电位，于是形成一对电极。现在球上施加电压U，那么，当二者相距很远时，球面上的一点电场强度（用同心球解析式）为：
E =U/r
相同r的任何其他电极，对很远的另一个电极以相同电压U不能产生大于上式中的电场强度。即E 是可能的最大值。上式显示了该设想的球（尖角）场强与小球的半径成反比。
无论是怎么的“尖”，都可以典型化成为一个半径为r的球（或球的一部分），只是r很小而已。从上式看出，设U为200kV，r为1mm，则E为200kV/mm。在油中，当以70kV/mm为许用场强时，r=1不行，而r=3就行了。由此可见，让尖端不尖，是降低局部放电的根本措施，而怎样提高许用场强，是材料、工艺的问题。
如果小球（尖角）已接地，如图示，因为接地也是一个电极，尖角处电位线较密，因此，尖角处比其他平面处的场强要大，也就比其他平面处容易放电。
以上分析了产生局部放电的关键所在，那么，要降低局部放电，在变压器结构上、工艺上、材料上应采取哪些具体措施呢？这里在总结前人经验的同时，谈谈个人的举措：
1、线圈各个点之间电位差，尽量做到减极性，避免形成加极性。
2、串联线圈与公共线圈连接的连线，导电部分的外径要加大，所有焊接部位，除尖角毛刺要与屏蔽结合起来，对于软屏蔽（如用金属铝箔），要有足够的紧度，外限适可而止。
3、目前使用的心柱围屏与铁轭围屏均为单层屏，每两条铜带间隔为5mm左右，且在线圈端部电场较强的部分为屏蔽不够，建议改为双层交叠式，且柱轭尽量延伸到接近尖角处。
4、各种金属零部件（金属接地部分）必须可靠接地，金属件要做到无尖角，绝缘端圈、垫块必须进行倒角处理。
5、引线的包扎工艺及清洁度也是造成局部放电量大的重要原因。比如引线包扎时，包入了浸水绝缘，这些浸水绝缘在经过干燥处理后会形成硬纸团，水里也含杂质，即形成形状不规则的尖角电极。当清洁度不好时，也形成了分散的悬浮电位。所以，制造过程要予以高度重视。
总而言之，局部放电作为一种故障隐患，对变压器绝缘起着潜移默化的侵蚀作用。而它的产生与设计、工艺、材料等方面都有联系。所以要解决局部放电量大的问题，需要变压器设计、制造者共同努力，无论忽视了哪个环节，都将可能造成局部放电量增大，对变压器绝缘造成危害。■