聯(lián)合檢測技術(shù)在換流變壓器乙炔異常中的應(yīng)用

周秀，周利軍，馬飛越，李秀廣，閆振華，田祿，徐玉華，何寧輝，李奇超，牛勃(.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，寧夏銀川7500；.國網(wǎng)寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏寧東7504)

聯(lián)合檢測技術(shù)在換流變壓器乙炔異常中的應(yīng)用

周秀1，周利軍2，馬飛越1，李秀廣1，閆振華1，田祿1，徐玉華1，何寧輝1，李奇超1，牛勃1(1.國網(wǎng)寧夏電力公司電力科學(xué)研究院，寧夏銀川750011；2.國網(wǎng)寧夏電力公司寧東供電公司，寧夏寧東750411)

針對一起特高壓直流輸變電工程調(diào)試階段換流變壓器乙炔超標(biāo)問題，對現(xiàn)有檢測技術(shù)進(jìn)行全面分析，提出一種基于油色譜檢測、高頻局部放電檢測、特高頻局部放電檢測、超聲波局部放電檢測的聯(lián)合檢測技術(shù)。應(yīng)用結(jié)果表明：該聯(lián)合檢測技術(shù)能高效、準(zhǔn)確地查找出換流變壓器的故障數(shù)量、故障類型及故障部位。

特高壓；換流變壓器；乙炔超標(biāo)

換流變壓器在調(diào)試過程中，會因為產(chǎn)品自身質(zhì)量、安裝調(diào)試等可能因素造成換流變壓器內(nèi)部產(chǎn)生放電和過熱現(xiàn)象。當(dāng)換流變壓器出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時，溫度不同產(chǎn)生的氣體不同，但隨著溫度的升高，最終伴有乙炔氣體（C2H2）產(chǎn)生；當(dāng)換流變壓器出現(xiàn)放電現(xiàn)象時，一般情況下均有C2H2產(chǎn)生。換流變壓器產(chǎn)生的C2H2值超過規(guī)程中的注意值時，可引起換流變壓器故障，甚至威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此，當(dāng)換流變壓器的C2H2值超過規(guī)程注意值時，試驗人員將通過油色譜法及帶電測試等多種檢測手段綜合分析判斷換流變壓器的故障類型，甚至準(zhǔn)確查找到換流變壓器故障部位。

1 問題的提出

2016年6月28日，某±800 kV特高壓換流變電站極Ⅱ高端Y/Y-C相換流變壓器試運行，約12 h后油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)顯示該換流變壓器有乙炔產(chǎn)生，含量為1μL/L。6月30日，10∶00左右再次對該相換流變壓器開始試運行，空載狀態(tài)運行大約10 h后，在線監(jiān)測及離線油色譜數(shù)據(jù)顯示乙炔含量超過注意值且增長速度較快，在線監(jiān)測油色譜乙炔含量為3.5μL/L。

2 現(xiàn)狀分析和需要解決的問題

2.1 現(xiàn)狀分析

該換流變壓器在試運行階段，12 h后即有乙炔產(chǎn)生，不排除出廠及現(xiàn)場交接問題，判斷可能原因為換流變壓器鐵軛處存在導(dǎo)體接觸不良或斷線、金屬接觸不良（如螺帽接觸不良）、金屬異物等。

在檢測過程中，試驗人員分別單獨采用了油色譜分析技術(shù)、脈沖電流法、高頻局部放電檢測法、特高頻局部放電檢測法、超聲波局部放電檢測法。

油色譜分析技術(shù)檢測出換流變壓器乙炔含量最高為3.5μL/L，由于該檢測是對故障部位生成的特征氣體在換流變壓器油中擴散一定時間后進(jìn)行檢測的，難以檢查出故障的數(shù)量及部位。

脈沖電流法檢測靈敏度高，通過該方法對換流變壓器網(wǎng)側(cè)及閥側(cè)套管末屏進(jìn)行檢測，但由于換流變壓器周圍電磁環(huán)境的影響，無法準(zhǔn)確標(biāo)定局放量，不能準(zhǔn)確檢測換流變壓器運行狀況，難以發(fā)現(xiàn)換流變壓器異常狀況。

通過高頻局部放電檢測法在換流變壓器鐵心及夾件的接地引下線檢測高頻局部信號，但由于僅有部分故障部位產(chǎn)生的異常高頻信號可耦合到鐵心及夾件的接地引下線，難于準(zhǔn)確判斷故障數(shù)量。

采用特高頻局部放電檢測法在換流變壓器網(wǎng)側(cè)升高座、大M升高座檢測特高頻局放信號，由于該檢測法的脈沖序列相位分布譜圖、局部放電相位分布譜圖僅對故障的類型敏感，難以確定故障部位。

采用超聲波局部放電檢測法對換流變壓器網(wǎng)側(cè)升高座、大M升高座及本體檢測，僅在換流變壓器本體檢測出一個異常的超聲波局放信號，但由于換流變壓器體積大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，距換流變壓器外殼一定距離的故障難以被檢測，不能判斷此異常信號為引起換流變壓器乙炔超標(biāo)唯一因素。

2.2 需要解決的問題

由于該高端換流變壓器造價昂貴且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常規(guī)的單一檢測手段無法完成對換流變壓器故障數(shù)量、故障類型及故障位置確定，急需一種新的檢測方法來解決問題。

綜上所述，特高壓換流變壓器乙炔超標(biāo)檢測需解決3個問題：

（1）引起換流變壓器乙炔超標(biāo)的故障點數(shù)量；（2）引起換流變壓器乙炔超標(biāo)的故障類型；（3）引起換流變壓器乙炔超標(biāo)的故障位置。

3 換流變壓器乙炔聯(lián)合檢測技術(shù)

針對油色譜分析技術(shù)、脈沖電流法、高頻局部放電、特高頻局部放電、超聲波局部放電檢測具有的優(yōu)點和不足，本文提出了一種聯(lián)合檢測技術(shù)。

3.1 換流變壓器乙炔異常聯(lián)合檢測步驟

Y/Y-C相換流變壓器乙炔異常綜合檢測步驟如圖1所示。

圖1 換流變壓器乙炔異常聯(lián)合檢測流程

（1）利用油色譜分析技術(shù)可對換流變壓器存在的發(fā)熱或放電性故障進(jìn)行確定。

（2）通過高頻局部放電技術(shù)對換流變壓器的鐵心及夾件接地引下線進(jìn)行測試，確認(rèn)由油色譜異常引起的局放信號可在換流變壓器鐵心及夾件處產(chǎn)生高頻局部放電信號。

（3）利用高頻、特高頻局部放電聯(lián)合檢測技術(shù)確認(rèn)高頻異常信號和特高頻異常信號為同一個故障引起并確認(rèn)故障數(shù)量，通過特高頻局部放電信號的脈沖序列相位分布譜圖和局部放電相位分布譜圖確認(rèn)故障類型。

（4）聯(lián)合特高頻、超聲波局部放電聯(lián)合檢測技術(shù)的相位圖譜、脈沖圖譜確認(rèn)故障類型，利用示波器特高頻和超聲波圖形聯(lián)合確認(rèn)故障位置。

3.2 現(xiàn)場應(yīng)用

3.2.1 油色譜檢測

（1）乙炔含量。

2016年6月28日，±800 kV特高壓某換流變壓器電站極Ⅱ高端換流變壓器壓器進(jìn)行試運行，大約12 h后在線監(jiān)測出現(xiàn)乙炔；6月30日10∶00左右開始試運行，空載狀態(tài)運行大約10 h后20∶10停止，在線監(jiān)測及離線油色譜數(shù)據(jù)顯示乙炔含量明顯超出注意值；7月1日，19∶30-22∶00極Ⅱ高端換流變壓器壓器再次進(jìn)入試運行，試運行后，7月2日取油樣進(jìn)行色譜分析。在線監(jiān)測油樣選取1個點，部位為換流變壓器中部。在線監(jiān)測乙炔油樣數(shù)據(jù)如圖2所示，在線油色譜顯示乙炔含量在4天里從0 μL/L迅猛增長到7.6 μL/L［1］。

圖2 在線乙炔的發(fā)展趨勢

離線油樣選取10個點，部位分別為換流變壓器頂部、中部、底部、網(wǎng)側(cè)A升高壓座、中性點升高座、閥側(cè)升高座a、閥側(cè)升高座b、油載調(diào)壓箱1號、油載調(diào)壓箱2號、油載調(diào)壓箱3號［2-3］。離線乙炔油樣數(shù)據(jù)如圖3所示，Y/Y-C相換流變壓器內(nèi)部乙炔含量上升速度很快，且網(wǎng)側(cè)A升高座取樣位置乙炔含量最高，為17.9μL/L。

圖3 離線各取樣點乙炔的發(fā)展趨勢

（2）其他成分含量。

油色譜數(shù)據(jù)顯示，H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、CO2含量變化趨勢相對不大，增長速度不明顯。如表1所示。

表1在線監(jiān)測油樣選取位置為Y/Y-C相換流變壓器中部，氫氣含量從0μL/L到4.1μL/L，總烴含量從1μL/L到3.4μL/L。

表1 在線監(jiān)測油色譜數(shù)據(jù)

表2 2016-06-30T21：00試運行后離線檢測油色譜數(shù)據(jù)

表3 2016-07-02T10：00試運行后離線檢測油色譜數(shù)據(jù)

表2、表3為Y/Y-C相換流變壓器試運行后離線檢測［4-5］油樣色譜數(shù)據(jù)，共選取10個點，從上到下依次為換流變壓器頂部、中部、底部、網(wǎng)側(cè)A升高壓座、中性點升高座、閥側(cè)升高座a、閥側(cè)升高座b、油載調(diào)壓箱1號、油載調(diào)壓箱2號、油載調(diào)壓箱3號，氫氣最大含量為17.85μL/L，總烴最大含量為32.84μL/L。

（3）三比值法定性故障類型。

以7月2日離線試驗數(shù)據(jù)為例，如表3所示。運用三比值法對故障進(jìn)行分析及定性，故障類型為“低能放電”，可能原因為“換流變壓器鐵軛處存在導(dǎo)體接觸不良或斷線、金屬接觸不良（如螺帽接觸不良）、金屬異物等［6-9］。”

3.2.2 局部放電帶電檢測

（1）高頻電流局部放電帶電檢測。

對Y/Y-C相及Y/Y-B相換流變壓器鐵心接地引下線進(jìn)行高頻電流局部放電檢測，并在Y/Y-C相換流變壓器鐵心接地引下線處檢測到異常高頻局放信號，現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)如圖4、圖5所示。由圖4可知，Y/Y-C相換流變壓器高頻局放異常，具有懸浮放電特征。

圖4 Y/Y-C相換流變壓器高頻測試數(shù)據(jù)

由圖5可知，Y/Y-B相換流變壓器未出現(xiàn)異常的高頻信號，與Y/Y-B相換流變壓器高頻測試數(shù)據(jù)相比，Y/Y-C相換流變壓器高頻局放異常，幅值為74 dB，具有懸浮放電特征。

圖5 Y/Y-B相換流變壓器高頻測試數(shù)據(jù)

為進(jìn)一步確定該異常信號是否來自Y/Y-C相換流變壓器本體，利用示波器和高頻傳感器，分別對Y/Y-C相換流變壓器鐵心接地引下線及外部接地扁鐵進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖6所示。從圖6中可知：示波器顯示每周期20 ms呈現(xiàn)出多根組成的兩簇信號，呈現(xiàn)懸浮電位放電特征，鐵心接地引出線高頻信號幅值明顯高于外部接地扁鐵高頻信號幅值。

圖6 高頻局部放電測試信號

圖7表明：鐵心接地引出線高頻信號超前于外部接地扁鐵高頻信號，表明懸浮電位信號來自于Y/Y-C相換流變壓器本體非外部干擾［10-11］。

圖7 高頻局放測試信號

通過對Y/Y-B相、Y/Y-C相換流變壓器鐵心接地引下線及Y/Y-C相換流變壓器外部接地扁鐵高頻電流測試結(jié)果，確定該異常高頻局放信號來自Y/Y-C相換流變壓器本體［12-13］。

（2）特高頻局部放電帶電檢測

通過局部放電定位儀對換流變壓器大M升高座柱2、3、網(wǎng)側(cè)A升高座及換流變壓器鐵心接地引下線處布置傳感器，從圖8特高頻及高頻測試結(jié)果可知，以高頻局放信號為觸發(fā)源，定位分析大M升高座柱2特高頻信號、網(wǎng)側(cè)A升高座特高頻信號均超前大M升高座柱3特高頻信號，并且大M升高座柱2特高頻信號與網(wǎng)側(cè)A升高座特高頻信號較接近，確定信號源位于柱2與柱3之間［14-15］。

圖8 特高頻局放測試信號

（3）超聲波局部放電帶電檢測

將超聲波傳感器布置在大M升高座柱2處，未檢測到超聲波局放信號。由于超聲波局放信號衰減速度較快，當(dāng)測試點與故障點超過一定距離信號會迅速衰減［16-17］。隨后利用超聲波局放檢測法對換流變壓器升高座及頂部進(jìn)行測試，最后在換流變壓器柱2兩側(cè)均檢測到超聲波局放信號，且在柱2與柱3之間換流變壓器頂部且距柱2約30 cm處檢測到最大超聲波局放信號，信號最大處如圖9所示。

圖9 超聲波局放信號最大處型式

在對換流變壓器進(jìn)行超聲波局放測試過程中，在換流變壓器頂部柱2與柱3之間有異常超聲波局放信號，由圖10超聲波局放連續(xù)圖譜可知：超聲波連續(xù)圖譜幅值較大，僅有頻率2成分量，疑似懸浮放電信號。

圖10 超聲波連續(xù)圖譜

超聲波局放連續(xù)圖疑似懸浮放電信號，為進(jìn)一步對該信號進(jìn)行確認(rèn)，對該信號在超聲波相位圖譜模式下進(jìn)行測試，由圖11超聲波局部放電相位圖譜可知：相位呈現(xiàn)兩簇聚集，疑似懸浮放電信號［18-19］。

圖11 超聲波局部放電相位圖譜

由圖12超聲波局部放電時域圖譜可知：每周期（即20 ms）呈現(xiàn)2個波峰。該放電信號具有典型懸浮電位放電特征[20-21]，并結(jié)合超聲波連續(xù)圖譜、相位圖譜可知該異常超聲信號為懸浮放電信號，與之前的特高頻信號結(jié)果一致。

圖12 超聲波局部放電時域圖譜

3.2.3 放電點定位

在線及離線油色譜數(shù)據(jù)、高頻信號、特高頻信號、超聲波信號綜合判斷換流變壓器內(nèi)部存在放電現(xiàn)象后，開始對放電點的具體位置進(jìn)行檢測，通過高頻、特高頻、超聲波等綜合定位手段，定位疑似放電點。

極Ⅱ高端Y/Y-C相換流變壓器內(nèi)部存在懸浮電位放電現(xiàn)象，綜合分析判斷異常信號來源于換流變壓器內(nèi)部，并且位于換流變壓器柱2與柱3之間靠近變壓器頂部。

3.2.4 內(nèi)檢情況

7月3日～4日，廠家在換流站現(xiàn)場對Y/Y-C相換流變壓器采取拆除網(wǎng)側(cè)套管及大M升高座方式進(jìn)行檢查，采用內(nèi)窺鏡檢查發(fā)現(xiàn)換流變壓器鐵心的柱2 AC側(cè)拉板與上軛末級片導(dǎo)通，并且存在放電痕跡，檢查結(jié)果如圖13、圖14所示。

圖13 缺陷定位內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果

圖14 拉板與上軛末級片導(dǎo)通

4 效果評價

（1）本次換流變壓器在線油色譜乙炔含量最高為7.6 μL/L，針對換流變壓器乙炔含量小的問題，聯(lián)合檢測技術(shù)對換流變壓器的局放信號檢測和分析，得到缺陷類型和位置。

（2）單一采用油色譜分析法僅能確定換流變壓器內(nèi)部存在故障，但不能確定故障類型及故障部位；單一采用高頻局放檢測技術(shù)，僅能確定故障產(chǎn)能的高頻信號通過鐵心及夾件耦合傳播，無法確定故障數(shù)量及部位；單一采用特高頻局放檢測技術(shù)雖能確定故障的類型，但無法對故障的數(shù)量及部位進(jìn)行確定；單一采用超聲波局放檢測技術(shù)能確定故障的部位及類型，但無法確定故障的數(shù)量；而聯(lián)合檢測技術(shù)克服了單一檢測方法的不足，利用油色譜及高頻局放，快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)換流變壓器存在故障，再利用特高頻和高頻聯(lián)合檢測技術(shù)，確認(rèn)故障數(shù)量及故障類型，最后利用特高頻、超聲波聯(lián)合檢測再次確認(rèn)故障類型、故障部位。

（3）以往的油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)中，因其精度有限、可靠性低，不能作為重要的依據(jù)和手段；聯(lián)合檢測技術(shù)所獲取的在線油色譜數(shù)據(jù)和離線油色譜數(shù)據(jù)基本吻合，這對今后設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行有積極的意義。

（4）本文采用的換流變壓器乙炔異常聯(lián)合檢測技術(shù)為換流變壓器類設(shè)備在運行過程中油色譜異常分析提供了參考方法，保證了換流變壓器和電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行，并且為進(jìn)一步開展變壓器類設(shè)備帶電測試提供了方向和指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，節(jié)約了換流變壓器檢修時間，減少了停電造成的各方面損失。

5 結(jié)論

（1）常規(guī)油色譜分析及單一帶電測試方法，難以檢測出換流變壓器乙炔故障類型及部位，本文采用油色譜檢測、高頻局部放電、特高頻局部放電、超聲波局部放電4種測試方法聯(lián)合檢測，成功檢測出換流變壓器的局部放電故障類型及位置。

（2）針對換流變壓器測試現(xiàn)場干擾因素，應(yīng)針對不同干擾源采用不同的檢測手段，取長補短，提高測試的準(zhǔn)確性與可靠性。

（3）換流變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)針對不同結(jié)構(gòu)的換流變壓器，采用不同的聯(lián)合檢測技術(shù)對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，為換流變壓器的安全運行提供更準(zhǔn)確的指導(dǎo)。

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The combined detection technology on acetylene abnormality fault of the convertor transformer

ZHOU Xiu1,ZHOU Lijun1,MA Feiyue1,LI Xiuguang1,YAN Zhenhua1,TIAN Lu1,XU Yuhua1,HE Ninghui1,LI Qichao1,NIU Bo2
(1.Power Research Institute of State Grid Ningxia Power Co.,Yinchuan Ningxia 750011，China;2.Ningdong Power Supply Filiale of State Grid Ningxia Power Co.,Ningdong Ningxia 750411，China)

Aiming at the acetylene content out of limit problem of convertor transformer during a UHV DC transmission and transformation project debugging phase,analyzes deeply available detecting technology,puts forward a combined detecting technology based on oil chromatography detecting method,high frequency partial discharge,ultra high frequency partial discharge and ultrasonic partial discharge detecting method.The application result shows that this combined detecting technology can effectively and accurately detect the number,types and locations of the fault in convertor transformer.

UHV;convertor transformer;acetylene content out of limit

TM 855

B

1672-3643（2017）04-0038-07

有效訪問地址：http∶//dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.04.008

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.04.008

2017-05-13

周秀（1984），男，工程師，從事高電壓試驗研究工作。