超聲定位技術(shù)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用

王鵬皓，俞華，王天正

（1.國網(wǎng)太原供電公司，山西太原030012；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

超聲定位技術(shù)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用

王鵬皓1，俞華2，王天正2

（1.國網(wǎng)太原供電公司，山西太原030012；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原030001）

以某電廠500 kV變壓器局部放電故障為例，介紹了變壓器故障找尋的過程。首先通過變壓器油中溶解氣體確定故障性質(zhì)，然后結(jié)合變壓器長時感應(yīng)耐壓測局部放電、超聲波定位確定故障部位，最后綜合變壓器返廠解體檢查的情況，確定了故障原因。綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場實踐，提出了變壓器現(xiàn)場局部放電試驗的改進建議。

變壓器；油中溶解氣體；局部放電；故障定位

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運行可靠性直接影響著整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。局部放電試驗是絕緣劣化的重要指標，因此深入探討局部放電技術(shù)，通過發(fā)現(xiàn)變壓器的故障性質(zhì)和故障部位，合理制定大修措施，對提高變壓器安全運行可靠性具有重要意義。變壓器局部放電檢測方法有脈沖電流法、超聲波法、光測法和化學(xué)檢測法等，在故障診斷分析中，往往需結(jié)合這些手段，以提高發(fā)現(xiàn)故障的有效性。

1 變壓器運行情況

2001年7月13日該變壓器A相油色譜例行檢驗，乙炔含量為1.67×10-6，立即縮短檢驗周期為1次/周，隨后油中溶解氣體含量穩(wěn)定，后周期改為1次/月。

2002年9月8日變壓器大修，先進行了真空濾油。為排除變壓器本體之外的原因而產(chǎn)生的乙炔，逐個對潛油泵進行檢查，并解體1臺潛油泵備件確定有可能發(fā)生放電的部位，包括泵輪摩擦、線圈匝間及單相對地短路等，各項檢查均未出現(xiàn)問題。開啟潛油泵連續(xù)運行2天后，油中溶解氣體中乙炔含量為0，其他特征氣體含量穩(wěn)定，通過多種手段排除了由于潛油泵產(chǎn)生的乙炔，隨后投入運行。

2006年11月至2012年7月，特征氣體乙炔含量一直穩(wěn)定在2～5×10-6，但在2012年8月22日對該主變油色譜進行月度跟蹤試驗時發(fā)現(xiàn)乙炔含量突增為15.8×10-6，油色譜數(shù)據(jù)見表1（由于篇幅較長，略去往年數(shù)據(jù)）。

2 變壓器故障點找尋

2.1 油色譜分析

a）計算油中氣體總烴月相對增長速率。

表1 近期來油中溶解氣體含量（×10-6）

超過了導(dǎo)則要求的10%，認為該變壓器存在缺陷。

b）缺陷定性：屬于不連續(xù)的低能量放電。根據(jù)三比值法和特征氣體法，編碼為“200”，再結(jié)合特征氣體中乙烯沒增長，判斷變壓器屬于低能量放電。2011年7月20日至2012年7月24日，乙炔、氫氣等特征氣體和總烴一直穩(wěn)定，分析變壓器運行正常。只是在2012年8月22日油色譜檢測時總烴、乙炔、氫氣有明顯的增長，判斷該變壓器存在間歇性放電。

2.2 高壓試驗

高壓試驗分別進行了絕緣電阻、直流電阻、繞組介質(zhì)損耗、繞組變形、局放等試驗，除了局部放電試驗外，其他試驗均合格。

局部放電定位是采用超聲波定位法，其原理主要是利用超聲波在變壓器中的不同介質(zhì)（油紙、繞組和隔板等）中傳播，到達固定在變壓器油箱壁的超聲傳感器，通過多個超聲傳感器測量不同傳感器檢測到信號的時間延時，理論上經(jīng)過定位算法的計算，就可以對局放源進行物理定位。

考慮運行以來油中斷續(xù)產(chǎn)生乙炔，在現(xiàn)場檢查條件惡劣，于是決定返廠解體進行檢查。在解體時重點檢查高壓引線連接處、均壓球、油箱磁屏蔽等部位。

2.3 返廠檢查

確定了局部放電的故障點位置后，將故障變壓器返廠解體，對高壓出線裝置、高壓線圈、磁屏蔽等部位進行了檢查，除了高壓出線裝置外，其他部位未發(fā)現(xiàn)異常。在檢查到高壓出線裝置時，發(fā)現(xiàn)缺少1只支撐均壓管的墊塊，在對應(yīng)部位有約長12 cm、寬5 cm的黑色痕跡，波紋盤表面有大量的黑色條紋，均壓管外絕緣層與波紋盤之間的絕緣支撐墊塊未發(fā)現(xiàn)放電痕跡；此外，均壓球與均壓管連接部位的絕緣管挫傷嚴重。

由于還不能完全確定波紋盤上的黑跡是放電痕跡，決定取其中樣品送至國內(nèi)某研究機構(gòu)，樣品取自出線裝置中均壓球及波紋盤上燒焦部位試樣。測試結(jié)果如表2所示。

表2 波紋盤上的絕緣紙樣測試結(jié)果

測試結(jié)果分析如下。

a）樣品的聚合度已經(jīng)極小，基本喪失了機械強度和電氣性能。

b）樣品的灰分含量偏高，說明原有制造出線裝置外層絕緣的原料純凈度不夠。

c）試樣的水抽出物pH值4.61，說明變壓器油已經(jīng)在局放電場作用下嚴重酸化，不具備足夠的絕緣性能。

d）試樣的水抽出物電導(dǎo)率為15ms/m，說明絕緣體表面電泳過高，也是形成局放的一個原因。

采樣檢測的數(shù)據(jù)充分表明：波紋盤上的黑跡為放電所致，高壓出線裝置絕緣性能基本喪失。該研究所建議高壓出線裝置需要重新更換。

2012年11月26日，變壓器重新更換了出線裝置后，在制造廠進行了出廠試驗。試驗項目包括：電壓比試驗及聯(lián)結(jié)組標號測定、直流電阻測定、繞組絕緣電阻測試、繞組介質(zhì)損耗、直流泄漏電流試驗、空載損耗和空載電流試驗、負載損耗和短路阻抗試驗、外施工頻耐壓試驗、感應(yīng)耐壓試驗及局部放電測量（雷電操作沖擊前后均進行）等，試驗均合格。

投運后半年，該變壓器運行正常。

3 故障原因分析

本整體絕緣出線裝置，由于均壓管安裝時遺漏或在運行中支撐脫落，造成均壓管整體下垂，引起該區(qū)域絕緣電場畸變。據(jù)了解電廠在2012年8月21日開關(guān)進行了操作，引起過電壓誘發(fā)了均壓管對波紋盤的局部放電，并沿面放電發(fā)展，導(dǎo)致波紋盤表面燒損，并產(chǎn)生乙炔，過電壓消失后，放電就停止，乙炔含量就穩(wěn)定了，但由于該區(qū)域電場長期畸變，加速了固體絕緣的老化。

4 結(jié)束語

b）應(yīng)重視變壓器的時延效應(yīng)。時延是指變壓器局放試驗時需要一些時間才出現(xiàn)明顯的局部放電信號。尤其是高電壓變壓器，它的絕緣體積龐大，其水分、雜質(zhì)的集聚需要時間。然而在一些變電站由于站用電源限制原因難以進行長時感應(yīng)測局部放電，甚至有時候試驗人員加壓不到5min就不得不終止局放測試，這可能會錯過發(fā)現(xiàn)變壓器缺陷的機會，因此，建議新建變電站應(yīng)考慮現(xiàn)場交接試驗的電源問題。

c）超聲波定位對于放電源在線圈內(nèi)部時較難定位，主要原因是超聲信號在油、線圈、紙板、油箱等材料的傳播途徑復(fù)雜、衰減嚴重，導(dǎo)致檢測靈敏度較低，在現(xiàn)場上要準確定位還很難，幸虧該變壓器放電源在高壓出線裝置內(nèi)部，超聲信號傳播相對簡單。此外，超聲定位是一項極費時的工作，需要試驗人員反復(fù)地、仔細地一步步在油箱上找。

d）油中溶解氣體對于發(fā)現(xiàn)變壓器局部放電靈敏度較高，在變壓器故障分析診斷中需要結(jié)合變壓器局部放電試驗才能更好發(fā)揮作用。

Application of Ultrasonic Detection Technology in the Transformer Fault Diagnosis

WANG Peng-hao1，YU Hua2，WANG Tian-zheng2
（1.State Grid Taiyuan Power Supply Com pany，Taiyuan，Shanxi 030001，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Taking partial discharge faultofa 500 kV transformer in a power plant for example,this paper presents the process of transformer fault finding.Firstly，the faultnaturewas confirmed through the gas dissolved in transformer oil.Then，the fault location was confirmed in combination ofmeasuring partialdischarge by the transformer through long-time induction ofwithstand voltage and ultrasonic positioning.Finally，the fault cause is determined according to the strip inspection of the transformer.In conclusion，suggestions are put forward on improving field partialdischarge test for the transformer combiningwith field practice.

transformer；dissolved gas in oil；partialdischarge；fault location

TM406

B

1671-0320（2014）05-0005-03

2014-05-28，

2014-08-02

王鵬皓（1988-），男，山西太原人，2012年畢業(yè)于山西師范大學(xué)財務(wù)管理專業(yè)，從事電力工程類概預(yù)算工作；

俞華（1980-），男，江西東鄉(xiāng)人，2007年畢業(yè)于湖南大學(xué)電器專業(yè)，高級工程師，碩士，從事變壓器試驗研究、變壓器故障診斷工作；

王天正（1965-），男，山西應(yīng)縣人，1987年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)電機專業(yè)，高級工程師，從事變電設(shè)備的高壓試驗研究工作。