一起550 kV變壓器絕緣故障的分析與處理

張 晉，梁基重，趙 淼

（1.國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；3.國網(wǎng)黑龍江省電力公司電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030）

一起550 kV變壓器絕緣故障的分析與處理

張 晉1，梁基重2，趙 淼3

（1.國網(wǎng)北京市電力公司，北京 100031；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；3.國網(wǎng)黑龍江省電力公司電力科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150030）

通過油中溶解氣體跟蹤分析發(fā)現(xiàn)某550 kV變壓器乙炔含量突然快速增長。結(jié)合歷史運行工況及測試數(shù)據(jù)綜合分析，判定其內(nèi)部存在低能量裸金屬放電，故障未涉及固體絕緣。將主變返廠吊罩，查明變壓器運行異常主要由高壓引線裝置支撐襯條缺失引起，并提出了相應(yīng)處理措施，保障了變壓器的安全可靠運行。

油中溶解氣體；550 kV變壓器；快速增長；裸金屬放電

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中重要設(shè)備之一，其健康水平關(guān)系到整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行[1]。大量的研究及實踐表明，變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，變壓器油會分解出不同的氣體。因此，通過分析變壓器油中溶解氣體能夠有效地判斷變壓器潛伏故障類型及嚴(yán)重程度[2-5]。本文通過對某550 kV主變壓器的油中溶解氣體跟蹤分析和高壓電氣試驗，判斷變壓器內(nèi)部存在低能量金屬性放電，通過返廠吊罩查明了缺陷的原因，修復(fù)后重新投運，該主變壓器目前運行情況良好。

1 主變基本情況

某發(fā)電廠變壓器組為奧地利ELIN公司產(chǎn)品，三相分體式布局，型號為TEQ-205A44DgK-99，額定容量為3×210MVA，高壓側(cè)額定電壓530/-2×2.5%kV，1987年出廠，1991年11月投產(chǎn)。曾在1997年9月15日因機組啟動時非同期并網(wǎng)造成該主變A相損壞，隨后返廠大修，更換全部高低壓繞組。1998年8月19日修后試驗全部合格并恢復(fù)運行，重新投產(chǎn)后，于2001年7月13日檢出乙炔含量為1.67×10-6，但未查出原因。長期進(jìn)行油中溶解氣體跟蹤，截止2013年中旬，連續(xù)跟蹤檢測12年，乙炔含量未發(fā)現(xiàn)大幅度增長，主變壓器油中乙炔含量長期維持在2.0×10-6～5.0×10-6之間。在2013年8月24日油色譜跟蹤測試發(fā)現(xiàn)乙炔含量較上次有較大增長，引起了試驗人員注意。

2 變壓器試驗情況

2.1 油色譜數(shù)據(jù)分析

對主變油中溶解氣體濃度進(jìn)行了持續(xù)監(jiān)測，結(jié)合溶解氣體濃度歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，油色譜數(shù)據(jù)見表1。油中氣體總烴相對增長速率大于10%，根據(jù)三比值法和特征氣體法[6-7]，故障編碼為2 0 0，結(jié)合特征氣體中乙烯沒增長，判斷變壓器存在低能量放電。異常發(fā)生前，變壓器油內(nèi)乙炔、氫氣等特征氣體和總烴一直穩(wěn)定，變壓器運行正常。2013年7月至8月間，變壓器油內(nèi)總烴、乙炔、氫氣有明顯增長，乙炔含量從不足5×10-6增至15.80×10-6，判斷該變壓器內(nèi)存在不連續(xù)放電。特征氣體明顯增長時，CO、CO2穩(wěn)定，初步判斷該變壓器缺陷沒有涉及固體絕緣，屬于裸金屬放電。裸金屬放電的可能原因有電位懸浮、電場畸變等。根據(jù)以上分析，缺陷定性應(yīng)屬于不連續(xù)的低能量裸金屬放電。

2.2 高壓電氣試驗

根據(jù)變壓器油色譜分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體不斷增多，乙炔含量明顯增長，為防止變壓器內(nèi)部異常事故發(fā)生，決定對主變進(jìn)行停電診斷試驗。主變停電診斷試驗進(jìn)行了繞組絕緣電阻、繞組直流泄漏電流、繞組變比、繞組直流電阻、繞組介質(zhì)損耗和電容量測試等試驗項目，試驗數(shù)據(jù)未顯示異常。為進(jìn)一步檢測變壓器主絕緣狀態(tài)，進(jìn)行了主變局部放電測量檢測。

表1 2013年6月-8月主變油中溶解氣體濃度（×10-6）

局部放電測量檢測過程中，試驗電壓升到1.3Um/時，局放量在200～300 pC；試驗電壓升高到約1.4Um/時高壓端局放量達(dá)1 000 pC，放電量未隨加壓時間明顯變化。5min后電壓繼續(xù)升到1.5Um/，放電量明顯增加，達(dá)到3 000 pC。變壓器投運以來油中斷續(xù)產(chǎn)生乙炔，綜合考慮油色譜監(jiān)測歷史情況和異常分析結(jié)果，決定對變壓器進(jìn)行返廠解體檢查。

3 返廠檢查及缺陷處理

解體檢查過程中，發(fā)現(xiàn)高壓套管尾部與引線連接部位均壓球?qū)?yīng)的波紋盤、角環(huán)上面有小面積黑跡，如圖1、圖2所示。同時發(fā)現(xiàn)出線裝置絕緣管缺少支撐襯條，為了復(fù)原變壓器的正常運行狀態(tài)，臨時在絕緣管處用6塊墊塊墊襯，如圖3所示。在變壓器修理過程中對上述問題進(jìn)行了修復(fù)。

圖1 波紋盤上局部變黑

圖2 角環(huán)上的黑跡

圖3 絕緣管增加臨時墊塊

其余問題還包括：變壓器上軛鐵芯整級離縫間隙較大，最大級8mm左右，其余各級普遍存在離縫過大問題（廠家技術(shù)人員確認(rèn)離縫間隙較大不會影響變壓器運行，但可能增加變壓器空載損耗）；變壓器A柱出線角環(huán)破損；變壓器低壓軟連接片間開焊現(xiàn)象嚴(yán)重，部件有變色現(xiàn)象，安裝方式存在異常等。對所有發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行了集中處理，并在安裝時重新疊裝了上軛鐵芯硅鋼片，加裝了出線裝置絕緣管支撐襯條，對出線角環(huán)及低壓軟連接片進(jìn)行了更換。

4 大修后試驗情況

缺陷處理后對變壓器進(jìn)行了油色譜和電氣試驗，試驗遵照如下原則進(jìn)行處理：除了在絕緣試驗前進(jìn)行油色譜分析外，在局部放電試驗后12 h取油樣測試分析，并在不同部位進(jìn)行取樣；為更好地考核設(shè)備的絕緣狀況且不至于讓設(shè)備絕緣破壞，雷電、操作沖擊試驗電壓按照額定85%執(zhí)行；根據(jù)特征氣體含量，判斷變壓器返廠前發(fā)生了局部放電。因此，在局部放電試驗時，要緩慢升壓，持續(xù)監(jiān)測局部放電量的變化。

電氣試驗項目包括繞組變比試驗及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號測定、直流電阻測定、絕緣電阻測試、繞組介質(zhì)損耗和電容量測定、直流泄漏電流試驗、空載損耗和空載電流試驗、負(fù)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(jìn)行）、操作沖擊試驗、雷電沖擊試驗。電氣試驗及試驗前后的油色譜分析均合格。

5 故障原因分析

根據(jù)油色譜數(shù)據(jù)及返廠解體分析，判定該變壓器乙炔含量突增是由出線裝置引起，變壓器整體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，引起絕緣的電場的畸變。在長期的畸變電場作用下，均壓管外絕緣逐步被極化、并產(chǎn)生沿面放電，同時導(dǎo)致變壓器油劣化，使局部沿面放電逐步加劇，直至出線裝置整體燒蝕。

6 結(jié)論

a）通過跟蹤變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常情況，結(jié)合該變壓器的歷史工況、電氣試驗情況和返廠吊罩檢查等進(jìn)行綜合分析，查明了變壓器故障的主要原因為高壓引線裝置支撐襯條缺失引起，并對解體檢查中發(fā)現(xiàn)的缺陷和隱患進(jìn)行檢修，設(shè)備重新投運至今運行正常，及時有效地避免了該變壓器運行中發(fā)生事故，確保了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

b）變壓器由于油紙絕緣系統(tǒng)的特殊性，局部放電測量時需要一些時間才會出現(xiàn)明顯的局部放電信號。尤其是超特高壓變壓器，它的絕緣體積龐大，其水分、雜質(zhì)的集聚，電荷的聚集，放電過程的發(fā)展都需要時間。而現(xiàn)場試驗由于站用電源限制、試驗裝置電流限制等原因難以進(jìn)行長時感應(yīng)測局部放電，甚至有時試驗人員加壓不到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。

[1] 劉圣平.主變壓器油中溶解氣體超標(biāo)原因分析及處理[J].華中電力，2005，18（3）：73-74.

[2]王克峰,孫慶生,江和順，等.一起500 kV變壓器穩(wěn)釘懸浮放電故障的診斷與分析[J].高壓電器，2012，48（3）：95-98.

[3]姜金德，鄧嶸.一起主變壓器氫氣超標(biāo)的分析處理[J].廣西電力，2007（1）：25-26.

[4]王惠杰，馮雪梅，周義民，等.一起過熱性故障的實例分析[J].高電壓技術(shù)，2007，33（3）：180-181.

[5]鐘立新，潘煒.220 kV變壓器色譜異常故障分析及處理[J].湖南電力，2011，31（3）：38-39.

[6]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB/T7252—2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[7]陳天翔，王寅仲，海世杰.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，2008.

Insulation Failure Analysis and Treatment of a 550 kV Power Transformer

ZHANG Jin1，LIANG Jichong2，ZHAO M iao3
（1.State Grid Beijing Electric Power Com pany，Beijing 100031，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China；3.State Grid Heilongjiang Electric Power Research Institute of SEPC，Haerbin，Heilongjiang 150030，China）

Acetylene content rapid increasing is revealed by testing the dissolved gas-in-oilofa 550 kV transformer.The causes of this fault are discussed based on historical operating conditions and testing data.It is pointed out that there is low energy baremetal discharge in transformer，but ithas not affected solid insulation.The transformer’s abnormal operation ismainly caused by the lack of high-voltagewire device supportstrips，and corresponding treatmentmeasures are proposed to ensure security and reliable operation of the transformer.

dissolved gas in oil；550 kV transformer；rapid increasing;baremetaldischarge

TM407

B

1671-0320（2015）05-0006-03

2015-06-18，

2015-08-03

張 晉（1985），男，山西介休人，2010年畢業(yè)于西安交通大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，工程師，從事電力設(shè)備試驗檢測管理工作；

梁基重（1985），男，山西平遙人，2010年畢業(yè)于西安交通大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，工程師，從事電氣設(shè)備高電壓試驗相關(guān)工作；

趙 淼（1985），男，黑龍江齊齊哈爾人，2010年畢業(yè)于西安交通大學(xué)高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)，工程師，從事電氣設(shè)備高電壓試驗相關(guān)工作。