某高壓廠用變壓器繞組絕緣低的分析及診斷

于凱 薛松 袁飛帆 王鵬

摘要：某1030MW火電機(jī)組高廠變例行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，工頻耐壓試驗(yàn)結(jié)果不合格。文章對(duì)變壓器繞組及引線的主絕緣進(jìn)行了闡述，分析了絕緣薄弱點(diǎn)，并結(jié)合預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果推斷故障可能發(fā)生在繞組引線與鐵軛或夾件之間，對(duì)變壓器進(jìn)行解體后發(fā)現(xiàn)，低壓側(cè)1分支B相尾端引線已觸碰到鐵芯夾件，油隙較小，耐壓試驗(yàn)時(shí)超過變壓器油的擊穿電壓。

關(guān)鍵詞：變壓器；工頻耐壓試驗(yàn)；絕緣間隙；引線；塑形處理 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM405 文章編號(hào)：1009-2374（2016）10-0140-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.069

預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備技術(shù)監(jiān)督工作中的重要一環(huán)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，預(yù)防事故發(fā)生和設(shè)備損壞。作為發(fā)電廠重要設(shè)備的高壓廠用變壓器，廠用電壓等級(jí)（10kV/6kV）的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目主要有直流電阻、絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)、直流泄露電流、繞組連同套管的介質(zhì)損耗、交流耐壓試驗(yàn)、鐵心對(duì)地絕緣電阻等。進(jìn)行上述試驗(yàn)時(shí)，先進(jìn)行絕緣電阻、直流泄露電流、繞組連同套管的介質(zhì)損耗等非破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。交流耐壓試驗(yàn)是最直接的考核主絕緣帶電部位對(duì)接地部位之間、不同繞組之間絕緣強(qiáng)度最有效的方法，通過它可以發(fā)現(xiàn)絕緣結(jié)構(gòu)在制造過程存在的嚴(yán)重缺陷。DL/T 596規(guī)定10kV及以下變壓器1～5年進(jìn)行例行交流耐壓試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)中一般以交流耐壓試驗(yàn)的結(jié)果作為設(shè)備是否能夠投運(yùn)的依據(jù)。

1 經(jīng)過

某1030MW火電機(jī)組#1高廠變?yōu)镾FF10-CY-78000/27型分裂繞組變壓器，無載調(diào)壓方式，額定電壓為27/10.5kV。2015年消缺性修理后進(jìn)行了預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)記錄如表1所示：

如表1所示，該高廠變高壓側(cè)、低壓側(cè)2分支各項(xiàng)試驗(yàn)合格。低壓側(cè)1分支的非破壞性試驗(yàn)均合格，但在進(jìn)行外施交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)電壓升至12kV（目標(biāo)電壓18kV）時(shí)耐壓設(shè)備跳閘，耐壓后2500V絕緣電阻表測(cè)試絕緣電阻仍為16000/10000MΩ（R60s/R15s）。檢查接線及耐壓設(shè)備無誤后進(jìn)行第二次耐壓試驗(yàn)，在電壓升至4kV時(shí)設(shè)備跳閘，2500V絕緣電阻表測(cè)試絕緣降為15MΩ，10kV絕緣電阻表和5kV絕緣電阻表測(cè)試絕緣電阻下降為零，再次用2500V絕緣電阻表測(cè)試絕緣下降為0.86MΩ，判斷這時(shí)絕緣已擊穿。

2 原因分析及處理

變壓器故障原因較為復(fù)雜，比如設(shè)計(jì)不合理，材料質(zhì)量不良，工藝不佳，運(yùn)輸、裝卸和包裝不當(dāng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量缺陷，運(yùn)行過負(fù)荷或操作不當(dāng)，維護(hù)管理不善或不充分，雷擊或動(dòng)物危害等。在參考文獻(xiàn)[2]對(duì)240臺(tái)經(jīng)內(nèi)部檢查證實(shí)的變壓器故障原因統(tǒng)計(jì)結(jié)果中，繞組及引線出現(xiàn)的故障有引線接頭燒熔發(fā)生電弧、引線對(duì)油箱或夾件放電、火花放電、繞組墊塊與圍屏發(fā)生樹枝狀放電等，其中引線對(duì)接地構(gòu)件放電的原因有引線彎曲部分距離接地件太近、引線絕緣進(jìn)水受潮、操作過電壓等。該變壓器正常運(yùn)行時(shí)色譜分析結(jié)果無異常，預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)非破壞性試驗(yàn)合格，耐壓試驗(yàn)升至12kV電壓下?lián)舸?，可以基本判定變壓器擊穿前無故障，由于繞組或引線的絕緣強(qiáng)度不足，在高于工作電壓的試驗(yàn)電壓下對(duì)地?fù)舸?/p>

繞組的主絕緣分為繞組相間或高低壓間絕緣、繞組對(duì)鐵芯柱絕緣、繞組端部對(duì)鐵軛間絕緣、繞組對(duì)油箱間絕緣，繞組對(duì)地?fù)舸┛赡馨l(fā)生在繞組與鐵芯柱之間、繞組端部與鐵軛之間或者繞組與油箱之間。其中，繞組與鐵芯柱之間的電場(chǎng)是同軸圓柱電場(chǎng)，屬于稍不均勻電場(chǎng)，絕緣采用油隔板結(jié)構(gòu)，擊穿電壓較高；繞組端部與鐵軛間的電場(chǎng)是尖對(duì)尖、尖對(duì)板電場(chǎng)，屬于極不均勻電場(chǎng)，擊穿電壓較低，為了改善電場(chǎng)分布，一般加裝靜電板；繞組對(duì)油箱間的電場(chǎng)屬于稍不均勻電場(chǎng)，以變壓器油為主要絕緣介質(zhì)。引線主絕緣分為相間引線絕緣、引線對(duì)地絕緣。為減小變壓器體積和重量，電壓等級(jí)較低的高壓引線外通常包裹一定厚度的絕緣層以降低油隙中電場(chǎng)強(qiáng)度，電壓等級(jí)較高的引線還要加設(shè)絕緣隔板或屏蔽層。引線主絕緣中，不同相引線之間的電場(chǎng)是板對(duì)板稍不均勻電場(chǎng)，擊穿電壓較高，但引線對(duì)鐵軛、油箱等接地件是尖對(duì)尖的極不均勻電場(chǎng)，擊穿電壓較低。引線對(duì)地絕緣擊穿的部位可能發(fā)生在引線與夾件之間。該型號(hào)變壓器的低壓側(cè)為分裂繞組上下布置，1分支在變壓器下側(cè)，繞組引線經(jīng)過外聯(lián)母排從變壓器上側(cè)引出，外引部分較長，擊穿部位最有可能在繞組引線與鐵軛或夾件之間。

變壓器放油后，技術(shù)人員進(jìn)入變壓器內(nèi)部檢查，通過測(cè)量絕緣電阻發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)1分支B相引線處有放電聲音。變壓器鐵芯被吊出后，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)1分支B相尾端引線（圖1中左側(cè)引線）外絕緣（瓦楞紙）已觸碰到鐵芯夾件，沒有足夠的油隙，對(duì)引線的絕緣造成了很大的影響。變壓器引線對(duì)夾件的絕緣包括絕緣紙和變壓器油，屬于油-油紙結(jié)構(gòu)。對(duì)于10kV等級(jí)的引出線，一般在繞組端頭附近包裹以適當(dāng)厚度的絕緣紙，并使引線離繞組稍遠(yuǎn)些。絕緣紙由未漂硫酸鹽纖維素制成，單層厚度在0.3～0.4mm之間，經(jīng)干燥并浸漬變壓器油后，皺紋絕緣紙可達(dá)到2.5kV/層（國產(chǎn)），變壓器油經(jīng)過充分過濾后的擊穿電壓可以達(dá)到60kV/2.5mm。在工頻電壓的作用下，不同絕緣材料中的電場(chǎng)強(qiáng)度與相對(duì)介電常數(shù)成反比。變壓器油和浸油絕緣紙的相對(duì)介電常數(shù)分別為2.2、3.5，油的絕緣強(qiáng)度弱于油紙，因此變壓器油是油-油紙絕緣結(jié)構(gòu)中的薄弱點(diǎn)，B相尾端引線油隙的減小使其絕緣強(qiáng)度下降。同時(shí)，變壓器運(yùn)行時(shí)，繞組中負(fù)荷電流的熱效應(yīng)會(huì)使絕緣紙溫度升高，變壓器油可以進(jìn)行散熱。但是油隙減小導(dǎo)致散熱效果下降后，熱的作用使絕緣紙的纖維素降低，絕緣強(qiáng)度下降。另外，引線與夾件上金屬構(gòu)件間的電場(chǎng)屬于極不均勻電場(chǎng)，電場(chǎng)狀況較差。在上述因素的共同作用下，B相尾端引線絕緣在耐壓試驗(yàn)時(shí)

擊穿。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：低壓側(cè)1分支A相尾端引線距離夾件有一定的間隙，B、C相尾端引線較A相長，C相尾端引線經(jīng)過側(cè)向偏移等塑形處理距離夾件也有一定的間隙，但B相沒有經(jīng)過合適的塑形處理。由于外聯(lián)母排的位置已固定，所以其引線外絕緣觸碰到鐵芯夾件。隨后，廠家將原有絕緣紙撕下，將引線向側(cè)向適當(dāng)延展，和夾件間留出一定的絕緣間隙，并更換了新的絕緣紙。處理后，2500V絕緣電阻表測(cè)試絕緣電阻為6000/4000MΩ，耐壓試驗(yàn)也通過。

3 結(jié)語

變壓器是強(qiáng)電場(chǎng)的電力設(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繞組端部對(duì)鐵軛、引線對(duì)夾件的電場(chǎng)屬于極不均勻電場(chǎng)，對(duì)絕緣水平要求高，制造過程中應(yīng)嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。變壓器油兼具絕緣和散熱的作用，因此不同電位部位之間應(yīng)留有一定的絕緣間隙。運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)根據(jù)規(guī)程和設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。本文對(duì)變壓器繞組及引線的主絕緣進(jìn)行了闡述，分析了絕緣薄弱點(diǎn)，并結(jié)合預(yù)防性試驗(yàn)的結(jié)果判斷絕緣故障的可能發(fā)生部位，對(duì)變壓器維護(hù)和檢修工作提供了一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘洪壁，等.電力變壓器檢修與試驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2] 操敦奎，等.變壓器運(yùn)行維護(hù)與故障分析處理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3] 謝毓城.電力變壓器手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：于凱（1982-），男，河南平頂山人，中電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心工程師，碩士，研究方向：發(fā)電廠電力設(shè)備絕緣監(jiān)督、故障診斷等。

（責(zé)任編輯：周 瓊）