一、变压器局部放电概述

在变压器绝缘结构中，可能存在着一些绝缘弱点，而这些弱点容易在外施电压作用下发生放电。但是，这种放电并不会造成整个绝缘结构被贯穿性击穿，更多的是发生于电场集中和绝缘薄弱的部位，由此形成变压器局部放电^[1]。

二、引发变压器局部放电的关键因素

（一）尖端效应

无论是导电材质还是非导电材质，其尖锐边缘或角落若有细微的毛刺，都可能成为局部放电的起点。

（二）气泡残留

在固体绝缘材料的孔洞、裂纹中，或是纯粹的空腔及油液环境中，哪怕只是极少量的气体囊泡，也能充当局部放电的催化剂。

（三）悬浮电位形成

在极端电场条件下，任何未妥善固定的金属物件都有可能产生浮动的电势差，从而引发局部放电。

（四）污染积累

绝缘表面若积累了过量的尘埃，或是遭受了严重的污垢和外来杂质侵扰，也会增加局部放电的风险。

（五）过于潮湿

倘若绝缘材料的干燥程序执行得不够彻底或时机不当，导致其表面吸收了过多水分，这同样会降低绝缘效能，促进局部放电的产生。

三、防范变压器局部放电故障的关键点

（一）放电实验

通过放电实验，可以了解变压器在长期工作电压作用下，判断其绝缘性能是否符合安全运行需求。另外，在交流耐压试验中，还可以检验变压器是否存在结构缺陷或者制造工艺上的缺陷^[2]。图1为放电实验原理示意图：

图1放电实验原理示意

（二）楔形油隙的放电问题

当绝缘结构中存在压板开裂、垫板开裂、端圈垫块开裂等问题时，或者在引线夹木、段间和匝间的小油隙、线匝与垫块接触处存在开裂现象时，都容易引发局部放电。尤其楔形油隙部位的击穿强度相对较低，当此处绝缘弱点受到较高的电场作用时，极易发生局部放电。

（三）频发局部放电的部位

在探讨变压器绝缘系统的特性时，首先需关注那些最易引发早期局部放电的绝缘成分，这主要是指那些含有气泡的区域以及油浸式绝缘材料。进一步分析表明，局部放电现象频繁发生的特定区域涵盖了固体绝缘材料中的空洞、电极的尖锐边缘、油浸绝缘板中的油通道、油楔结构，以及沿着固体绝缘物质表面延伸的油路径。在这之中，电极与固体绝缘材料直接接触的界面是最常观察到局部放电活动的地方。

（四）关于电位与场强

深入研究局部放电的发生机制，我们了解到其启动电压很大程度上受控于局部电场的强度。这意味着，在变压器的不同组成部分，如油间隙、油楔、空气间隙等，只要存在高强度的电场，就有可能激发局部放电的过程。值得注意的是，尽管高电场强度通常与高电压位置相关联，但这并不意味着所有高电场强度的情况都局限于高电压区域；实际上，即使是在较低电压或地电位的环境下，也可能观测到显著的电场增强。简而言之，无论是在变压器的高电压段、低电压段或是接地部分，局部放电的风险都是普遍存在的。例如，如果变压器夹持件上的某些结构设计不当，导致其与引线之间的电场异常集中，那么即便是在看似稳定的夹持件上，也有可能出现局部放电的现象。

（五）结构件中的防局部放电设计

在结构件设计中，可以从倒角、小浸油孔、小的槽、大张纸板等方面着手，开展防局部放电设计。在具体设计过程中，除了保证压力以外，还要关注胶的使用，特别要做到涂抹均匀，防止出现气泡。

（六）静电板端部

静电板端是场强最高的部位，在对其进行绝缘处理时，要十分细致。一旦处理不当，极易发生局部放电。在处理时，需要严格按照图纸要求进行操作，务必将静电板顶端对齐，操作过程中避免损伤到静电环，确保整个作业面高度净化。

（七）角环的处理

通过对变压器局部放电多发部位进行统计分析，认为凡是存在角环的部位，均为绝缘结构中的关键部位。因此，要慎重对待角环的处理。在放置角环时，要保证位置准确、服帖到位、厚度适中，不得出现“鸭脖子”现象（如图1所示）。在进行安装设计时，需对压服余量进行预留。

图1鸭脖子现象示意图

（八）关于地屏

在高压电力变压器的设计中，地屏扮演了优化电极几何形态的关键角色，是不可或缺的一个组件。它的运作原理基于这样的物理现象：在一个不含自由电荷的空心导体内部，一旦外部施加的电场达到了静电力学上的稳定状态，所有的剩余电荷仅能分布在导体的外表面上，这导致导体内部及其空腔中的电场强度归零。因此，将任意物体置入此空心导体的内部空间时，该物体将完全不受外部电场的干扰。应用这一原理，通过将变压器的核心部件——导体铁芯置于一个金属制的地屏之内，由于静电感应效应，会在地屏的内外两侧激发出数量相等但性质相反的感应电荷。这时，地屏外侧的感应电荷会生成一个向外辐射的电场。为了抵消这个电场的影响，可以通过将地屏连接至地面的方式，使得地屏外表面的感应电荷得以中和，进而消除由之产生的电场。这样处理之后，地屏内部的铁芯与外部环境间的电场交互就被有效地隔离了，彼此间不再有任何电性的相互作用。

四、变压器设备局部放电的主要类型及其原因

（一）尖端放电

尖端放电是指在强电场作用下，物体表面曲率大、较尖锐、细小物的顶端等部位，因电位面过于密集，致使电场强度剧增，其附近的介质被电离，由此产生局部放电。另外，如果装配工艺水平和装配质量不过关，容易导致高低压引线有毛刺。这一问题的存在，也容易引发尖端毛刺放电。此外，如果油箱内壁焊接缝部位存在焊渣，或者在焊接引线时留下的尖角毛刺，在剪切铁心柱边角及铁心片时留下毛刺，在焊渣或毛刺部位都可能会发生尖端放电。若想减少尖端放电现象的发生，必须对所有交角毛刺部位进行打磨抛光处理。

（二）沿面放电

沿面放电是一种发生在绝缘体表面的放电，它是由绝缘体表面污垢或灰尘过多、水分过大、金属或非金属颗粒物固定到绝缘材料表面上等原因造成的。一旦因上述原因导致绝缘表面产生高电场应力，当这种应力发展至导电区域时，便传动产生沿面放电。在生产油浸式变压器时，同时采用了油和固体两种绝缘材料，导致固体和液体介质分界面上可能同时存在放电问题。通常情况下，在绝缘试验中、雷电冲击和感应耐压试验中，都可能会发生沿面放电现象。此外，当纸板表面受潮时，也会因纸板的绝缘性能下降而发生沿面放电，这种情况在早期密封状况不良的高压变压器上时有发现^[3]。

（三）空穴放电

空穴放电是一种典型的内部放电。空穴放电发生在绝缘材料的气隙内，多由于制造、安装工艺及绝缘老化等因素所致。比如在真空状态下，使用环氧树脂浇注绝缘干式变压器时，如果工艺质量不过关，便容易导致内部出现气泡，由此埋下空穴放电的隐患。

（四）悬浮放电

悬浮放电也称为“悬浮电位放电”或者“浮动电极放电”。在高压电力设备中，当某一金属部件由于结构、运输等历历，导致本应连接在某一位置的部件连接不良，甚至断开，就会在这一金属部件上产生一个对地电位，此电位被称之为“悬浮电位”。由于悬浮电位的电压高，且场强较为集中，容易导致周围固体介质烧坏或都发生碳化，严重时，甚至造成绝缘丧失，引发事故。金属悬浮电位放电通常由变压器内部导电体相互之间电气连接不良所致，这种情况引发的后果往往是较为严重的。

（五）引线位置的放电现象

在设计变压器的绝缘架构时，常常需要布置大量的引线，而这些引线之间的电场分布通常是高度不规则的。特别是在两根直径相同的引线呈平行且垂直排列的情况下，它们之间的最高电场强度会集中在各自的表面上显现出来。在同样的设置下，相较于水平排列，垂直排列的两根引线能够展现出大约高10%的峰值电场强度。此外，高压绕组的起始引出线对接地壁以及可调节电压绕组的外部区域，同样是电场聚集、易于触发局部放电的重点监控地带。

（六）端部绝缘配置下的放电行为

聚焦于电力变压器的构造细节，尤其是在处理超高电压等级的设备时，我们经常能在绕组的终端发现静电环的应用。这种设计的主要目的是为了优化绕组承受冲击电压的能力，并通过屏蔽手段来均衡终端的电场分布。然而，静电环与绕组末端形成的三角形油间隙（即所谓的油楔）却成为了电场异常集中的热点。值得注意的是，油楔所对应的最强电场强度不仅与其自身的尺寸相关，还与绕组主要绝缘距离、端部绝缘间距、静电环的弯曲程度以及整体绝缘层的厚度等因素紧密相连。任何一个参数的变化都可能成为诱发变压器内部局部放电事件的潜在原因。

六、变压器局部放电故障处理

（一）过热故障处理

针对过热故障，处理措施主要集中在改善接触条件、优化导线连接和降低负荷等方面。

1.接触不良改善

如果将军帽接线装置过热或者线圈导线接头存在虚焊问题时，就会导致接触不良。针对这一问题，首先应进行彻底检查，对虚焊部位进行重新焊接，确保连接的牢固性和导电性。根据故障统计，约有30%的变压器故障源于导电回路接触不良，因此，对接触点进行定期的维护和检查是预防过热故障的重要措施^[4]。

2.降低负荷运行

对于过负荷运行导致的过热，应立即减少变压器的负荷，避免长期超负荷运行。同时，对变压器的冷却系统进行优化，提高散热效率，以降低因过热导致的绝缘老化风险。

3.增加热保护装置

在变压器中增加过热保护装置，如温度传感器和自动断路器，一旦检测到异常温度升高，能够及时切断电源，防止故障扩大。

（二）绝缘下降的处理

绝缘水平下降的处理措施包括干燥处理、更换绝缘油和修复绝缘材料等。

1.干燥处理

对于因受潮导致绝缘性能下降的变压器，需要采取有效措施去除掉绝缘材料中的水分，使其处于干燥状态，减少介损。据统计，介扣值每上午1%，绝缘材料寿命减少约10%。因此，控制油中水分含量是维持绝缘水平的关键。

2更换绝缘油

对于油质不良的变压器，需要更换新的绝缘油，并确保新油的介损值、含水量等指标符合标准，以恢复绝缘性能。

3.修复或更换绝缘材料

对于因局部过热而导致绝缘材料损坏的情况，应及时修复或更换损坏的绝缘材料，以防止故障的进一步发展。

（三）产气故障的处理

产气故障的处理措施主要集中在监测和控制产气速率，以及对内部故障的早期诊断。

1.产气速率监测

通过对变压器油中气体的持续监测，及时发现产气速率的异常变化，这可能表明内部故障的存在。数据显示，放电故障在变压器故障中占比约为15%，因此，对产气速率的监测对于早期发现放电故障至关重要。

2.内部故障诊断

利用DGA结果，结合三比值法和其他诊断技术，对变压器内部的过热、放电等故障进行精确诊断，并采取相应的修复措施。

3.预防性维护

定期对变压器进行预防性维护，包括清洁、紧固连接点和检查绝缘材料的状况，以减少产气故障的发生。

（四）针对调压开关故障的处理

调压开关故障的处理措施包括检查和修复接触不良、更换损坏部件以及优化操作流程。

1.接触不良检查

据统计，调压开关故障在变压器故障中占比约10%。因此，要定期检查调压开关主触头是否存在接触不良、抽头引线松动等问题，如发现问题立即给予修复或更换相关部件，确保调压开关的可靠性。

2.更换损坏部件

对于烧毛的触头、损坏的切换开关和过渡电阻断线等，应立即更换，以恢复调压开关的正常功能。

3.优化操作流程

对调压开关的操作流程进行优化，减少不必要的操作，以延长调压开关的使用寿命，并降低故障风险。

结语：变压器局部放电的诱发因素和放电原因存在多种差异，在进行故障处理里，需要根据不同类型的故障，在改善接触条件、优化导线连接、降低负荷、干燥处理、更换绝缘油、修复或更换绝缘材料、监测产气速率和内部故障诊断等主要处理措施当中做出正确合理的选择。只有这样，才能降低再次发生变压器故障的机率，使变压器运行过程中的可靠性获得保障。同时，相关管理部门要定期变压器运行情况进行巡视、检查与测试，及时发现并消除潜在故障隐患，在降低故障发生率的同时，延长变压器使用寿命。

参考文献：

[1]全宏莲.电力变压器高压试验和故障处理分析[J].光源与照明,2023,(05):162-164.

[2]董方.变压器故障处理的关键技术分析[J].集成电路应用,2021,38(11):52-53.

[3]王胜龙.电力变压器的高压试验与故障处理[J].集成电路应用,2021,38(03):74-75.

[4]于涛,罗磊.变压器常见故障处理及日常维护[J].黑龙江科学,2017,8(24):94-95.

作者简介：龙配合（1982.07—），男，苗族，湖南花垣人，初级职称，专科。研究方向：水利发电厂电气一次设备。