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1、哈尔滨理工大学学士学位论文水分对油纸绝缘电气性能影响的研究摘要变压器是电力系统中的核心设备，在电力系统中处于极其重要的地位，保障大型电力变压器运行的可靠性对整个电网的安全可靠运行具有重要意义。然而在电力系统运行过程中，由于变压器进水，使变压器的绝缘损坏而导致变压器故障，甚至起火爆炸的事故时有发生，因此水分对变压器绝缘的影响显得尤为重要。本文首先介绍了变压器内水分的来源以及预防措施。其次，说明了油纸绝缘中水分的分布情况，列出了油纸间水分平衡关系曲线，并且结合曲线给出两种油纸绝缘中含水量的计算方法，即稳态算法和暂态算法。而后，阐述了水分对油纸绝缘老化的影响，分别介绍了矿物油（变压器油）、绝缘纸的老
2、化机理，以及四种重要的老化形式和他们各自的影响因素，接着说明了水分在油纸绝缘老化过程的中起的作用。最后总结了水分对油纸绝缘电气性能的四个重要参数的影响，包括相对介电常数、电阻率、介质损耗和击穿场强。通过本论文的总结，使水分对油纸绝缘电气性能的影响变得更加的清晰，让读者能快速的了解到本领域的研究现状及发展趋势。关键词变压器，水分，油纸绝缘，水分平衡The research of moisture on the electrical performance of Oil-paper insulationAbstractTransformer is the core equipment of the
3、 power system and plays an important role in the grid, which guarantees the grid reliable and safe .However, in the operation process of the power system, water gets into the transformer, which makes transformer insulation damage and causes transformer faults, even explosion accidents occurred frequ
4、ently. Therefore, the influence of moisture on the transformer insulation is particularly important.Firstly, the moisture source and prevention measures in transformer are introduced in this paper. Secondly, the water distribution in Oil-paper insulation is explained and the moisture-equilibrium cur
5、ve is listed. Then two kinds of methods are shown, which are steady-state algorithm and transient-state algorithm according the moisture curve. Thirdly, the influence of moisture on the Oil-paper insulation aging is stated. The aging mechanism of mineral oil (transformer oil) and insulation paper ar
6、e described. Its four important aging forms and their influencing factors are introduced. The role of the moisture in the aging course also is described, too. Finally, the influence of moisture on the four important electrical parameters of Oil-paper insulation is explained, including the permittivi
7、ty, the resistivity, dielectric loss and breakdown strength.This paper makes the influence of moisture on Oil-paper insulation electrical clearly, and readers are able to know the present research situation in this field and development trend more quickly.Keywords Power transformer， Moisture，Oil-Pap
8、er insulation，Moisture-equilibrium- II -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2变压器的常见故障类型及产生原因21.2.1变压器的常见故障类型21.2.2变压器故障产生的原因21.3变压器内的水分来源及预防措施41.3.1变压器进水的原因和主要途径41.3.2变压器进水的预防措施71.4本文的研究内容8第2章 油纸间的水分平衡92.1 油纸绝缘中水分的分布92.2变压器油纸间水分平衡关系曲线92.3油纸间水分含量的计算方法152.3.1稳态水分平衡方程152.3.2基于油纸间微水扩散暂态分布模型的算法172.4本章小结20第3
9、章 水分对油纸绝缘老化的影响223.1油纸绝缘的老化机理223.2油纸绝缘的老化形式及影响因素233.2.1热老化243.2.2电老化253.2.3机械老化263.2.4环境老化263.3水分在油纸绝缘老化中的作用273.4本章小结28第4章 水分对油纸绝缘电气性能参数的影响294.1水分对油纸绝缘介电性能的影响294.2水分对油纸绝缘电阻率的影响294.3水分对绝缘油介质损耗的影响314.4水分对油纸绝缘击穿场强的影响324.4.1水分对绝缘纸击穿场强的影响324.4.2水分对绝缘油击穿场强的影响334.5本章小结34结论35致谢36参考文献37附录41千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打
10、印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景电力变压器作为变、配电中能量转换和传输的核心，是输变电设备中最为重要、关键、昂贵的设备，其运行的可靠性直接关系到电网的经济运行和安全稳定。电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成。变压器是电力系统中的核心设备，在电力系统中处于极其重要的地位，一旦发生故障，将有可能造成大面积的停电事故，给电力系统和国民经济造
11、成不可估量的损失。单以变压器本身造价而言，进口的250MVA/500kV变压器平均售价为133万美元/台，国产同规格的变压器也要1000万元/台左右1。据不完全统计，2004 年度国家电网公司系统的110kV及以上电压等级变压器共发生损坏事故53台次、事故容量为4221.5MVA；与 2003年度国家电网公司所属变压器损坏事故（32台次，1651.0MVA）相比，2004年度比2003年度变压器年台次事故率提高0.14个百分点，年容量事故率提高0.26个百分点，2008年度国家电网公司系统变压器共发生非计划停运259次，比2007年增加7次，非计划停运时间超过500小时的次数比2007年增加1
12、9次2,变压器损坏事故台次和容量明显增加3。大量资料表明导致电力设备失效的主要原因是其绝缘性能的劣化。1984-1986年间 110kV 及以上等级电力变压器事故统计分析表明，由于绝缘劣化引起事故台次占事故总台次的68%和总事故容量的74%4，1990 年则分别为76%和65%5。而据2004年的统计表明：2004年度变压器损坏事故仍以绝缘事故为主，占总损坏事故台次的81.1%和总事故容量的 86.9%3。2008年度变压器损坏事故仍以绝缘事故为主，占总损坏事故台次42%2。以一台三相 500kV、360MVA 的大型变压器为例，若发生绝缘故障，其维修费用在数百万元，停电一天的直接损失可达70
13、万元，若考虑间接损失及社会损失，其造成的后果将更为严重6。所以，保证大型电力变压器的安全运行在电力系统中占有极其重要的地位。电力变压器在长期运行中，故障和事故是不可能完全避免的，引发变压器事故和故障的原因很复杂，如外部的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害等。安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中留下的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化和材质劣化等等，已成为故障发生的主要因素。电力变压器是电力系统中十分重要的组成部分，不仅直接关系到由其直接供电的广大用户，也关系到整个电网的安全稳定运行。因此，对电力变压器的故障进行分析具有十分重要的意义。1.2变压器的常见故障类型及产生原
14、因1.2.1变压器的常见故障类型电力变压器的常见故障按变压器本体可分为内部故障和外部故障；按故障发生的部位可分为铁芯故障、分接开关故障、绕组故障、绝缘故障；按发生故障的性质可分为热性故障和电性故障；按故障发生的回路可分为：电路故障、磁路故障和油路故障；按变压器的结构可分为绕组故障、铁芯故障、油质故障和附件故障等7。表1-1变压器故障类型故障类型变压器本体内部故障 外部故障故障发生部位铁芯故障 分接开关故障 绕组故障 绝缘故障发生故障的性质热性故障 电性故障故障发生的回路电路故障 磁路故障 油路故障 变压器结构绕组故障 铁芯故障 油质故障 附件故障1.2.2变压器故障产生的原因(一)绕组和引线故
15、障绕组故障主要是指发生在变压器线圈、纵绝缘和端子中的故障。绕组故障主要由以下原因引起：(1)变压器线圈的接头因焊接过程中质量控制不严导致质量欠佳，线圈引出线和套管导电杆连接不好会致使变压器在运行中接头过热从而导致局部绝缘劣化，严重者会由于接头断开而造成绕组断路。(2)变压器线圈的绝缘中渗入水分或器身干燥处理不够彻底，也会导致运行中的变压器发生匝间短路。(3)雷电冲击、对地弧光放电等瞬变过程都可能会造成变压器绕组薄弱处（如高压绕组的起始几匝、绝缘导线的末端等处）发生绝缘损坏乃至击穿。(4)运行中的变压器遭受严重的外部短路时，在电动力和机械力的作用下，变压器绕组的尺寸或形状将发生不可逆的变化。常表现为绕组轴向和径向尺寸的变化、器身位移、绕组扭曲、鼓包和匝间短路等。绕组变形是目前影响电力变压器稳定运行的一大隐患。(5)严重的持续过载可在整台变压器中引起高温，造成线圈绝缘变脆、脱落，引起绕组匝间短路，绝缘油因高温劣化，产生的油泥将沉积在油箱底部、线圈及铁心构件上，变压器会因此散热不良，并使得过热更趋严重，最终导致变压器损坏。引线故障主要表现为：引线短路、引线断路、引线接触不良。引线是变压器内部绕组出线与外部接线的中间环节，其接头是通过焊接而成。因此，焊接质量的好坏直接影响到引线故障的产生与否
