特高壓換流變壓器局部放電故障現(xiàn)場定位診斷實例

馬斌 黃炫磊

摘要：簡要介紹了變壓器局部放電故障處理方法，針對兩臺油色譜分析中乙炔氣體超標的±800 kV換流變壓器，采用局部放電超聲定位檢測的方法，準確確定了放電點位置，在隨后的內(nèi)檢過程中發(fā)現(xiàn)了明顯的放電痕跡，驗證了超聲定位的準確性。該故障定位方法有助于提高變壓器維修效率，縮短維修工期。

關鍵詞：特高壓換流變壓器;局部放電故障;放電定位

0 引言

近年來，我國直流輸電工程項目飛速發(fā)展，其中特高壓直流輸電成為了超遠距離輸電的重要組成部分，2017年年底前我國已經(jīng)有9條特高壓輸變電線路實現(xiàn)全部投產(chǎn)，未來國家電網(wǎng)公司還將繼續(xù)加大特高壓直流輸電網(wǎng)建設力度。特高壓換流變壓器作為直流輸變電線路上的重要組成部分，其自身運行的安全可靠性會對直流輸變電線路的安全可靠運行造成直接影響，對于保證特高壓直流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。

電氣設備的絕緣結(jié)構(gòu)在設計上總會存在一些電氣性能相對較薄弱的點，在場強較高的環(huán)境下設備會發(fā)生放電現(xiàn)象，但不會立即造成大的絕緣損壞，從而導致整個絕緣結(jié)構(gòu)被貫穿性擊穿。根據(jù)《高電壓試驗技術 局部放電測量》（GB/T 7354—2018）的定義：導體間絕緣僅被局部橋接的電氣放電被稱為局部放電，這種放電可以在導體附近發(fā)生，也可以不在導體附近發(fā)生。變壓器局部放電測量試驗是驗證變壓器產(chǎn)品絕緣水平的重要試驗，可直接反映變壓器產(chǎn)品內(nèi)部絕緣的穩(wěn)定性，對于保證變壓器在長期工作電壓下的運行狀態(tài)具有重要作用。

1 局部放電故障處理方法

當變壓器出現(xiàn)局部放電故障時，一般采用故障定位的方式確定故障點位置，通常局部放電定位分為電氣定位和電聲定位兩種，再根據(jù)定位的結(jié)果進行內(nèi)檢或吊罩工作，查找出故障點后進行修理。

1.1 ? ?電氣定位

電氣定位方法一般常用的有多端子傳遞關系測量法和放電圖形比較法，其基本原理是：當放電故障發(fā)生時，放電點會在產(chǎn)品內(nèi)部形成一個放電信號源，放電信號會從放電信號源向外傳輸信號，我們可以在套管的測量端子處檢測到這些信號，而這些信號的波形及幅值是不同的，一般我們會對各個套管端頭進行方波校正，并記錄方波傳遞關系，將校準脈沖施加到某個套管端頭上，在其他套管的測量端子處通過阻抗均可測量出其校準量值，觀察其波形，此時我們記錄各測量端子上的校準電荷量值，并計算各個端頭之間的比值關系?？傮w來說，電氣定位法只能確定放電源的大概位置，不能確定其具體的空間位置。

1.2 ? ?電聲定位

超聲波定位法原理：變壓器內(nèi)部出現(xiàn)放電點時，放電源同時會發(fā)出聲波，通過聲信號與電信號在介質(zhì)中的不同傳播速度確定信號源的具體位置。放電產(chǎn)生的超聲波在變壓器內(nèi)會以球面波的形式向各個方向傳播，因此只要將高靈敏度的超聲傳感器貼到變壓器上，傳感器探頭接收到聲信號后再通過光電轉(zhuǎn)換裝置，就能將聲信號轉(zhuǎn)變成可顯示和可測量的電信號。

2 特高壓換流變壓器局部放電故障定位實例

±800 kV云廣特高壓直流輸電工程自2009年12月28日投運以來，越來越多的特高壓換流變壓器被投入到特高壓直流輸電項目中，隨著投運的特高壓換流變壓器數(shù)量日益增多，運行時間日益增長，有部分變壓器產(chǎn)品出現(xiàn)了局部放電檢測不合格的問題。

2.1 ? ?局部放電故障定位實例1

2019年，某特高壓換流站一臺型號為ZZDFPZ-493100/

500-600極Ⅱ高端Y/D-C相換流變乙炔信號報警，隨后對該產(chǎn)品的變壓器油氣體含量進行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)之后的一個多月內(nèi)乙炔含量出現(xiàn)了快速增長的趨勢，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

為了保證電網(wǎng)的正常運行，本次故障定位在變壓器帶電運行條件下進行局部放電定位測量，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，該換流變存在局部放電的異常情況，本次局部放電測量放電圖形如圖1所示。在變壓器本體夾件接地排線處安放一個耦合傳感器，如圖2所示，該傳感器由于接收放電信號并將電信號輸出，由電信號觸發(fā)超聲信號。本次測量選擇在本臺換流變壓力釋放閥下方布置4個超聲探頭，具體布置情況如圖3所示，具體定位信號圖形如圖4所示。根據(jù)超聲位置進行計算，最終確定放電點位于變壓器內(nèi)部下托板附近，根據(jù)產(chǎn)品內(nèi)部圖紙進行分析發(fā)現(xiàn)，該范圍內(nèi)存在磁壓板和夾件屏蔽管的緊固螺絲，根據(jù)經(jīng)驗可知，如果緊固螺栓松動引發(fā)接觸不良，在高場強下就會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，進一步惡化后會導致乙炔等特征氣體的產(chǎn)生，驗證了本次變壓器油試驗結(jié)果的可靠性。

2.1.1 ? ?內(nèi)檢方案

我們根據(jù)局部放電定位的位置，確定了內(nèi)檢方案。首先變壓器進行充氣排油，排油工作完成后，由工作人員進入變壓器內(nèi)部根據(jù)超聲定位確定的位置進行檢查。

2.1.2 ? ?內(nèi)檢結(jié)果

變壓器放油后經(jīng)工作人員進入其內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品上部夾件屏蔽的緊固螺栓處存在松動情況，夾件屏蔽絕緣存在明顯的放電痕跡，如圖5所示，進一步證實了本次局部放電定位測量的準確性。對上部夾件屏蔽絕緣修復并緊固螺栓后試驗合格，變壓器恢復運行。

2.2 ? ?局部放電故障定位實例2

為了保證產(chǎn)品安全，本次試驗采用了退出運行，在換流站內(nèi)進行現(xiàn)場局部放電測量的方案，本次在產(chǎn)品本體夾件接地處安放了一個耦合傳感器，該傳感器用于接收局部放電的電信號并將電信號輸出至測量儀器，觸發(fā)聲信號，但是本臺產(chǎn)品屬于我國早期設計研制的特高壓直流產(chǎn)品，它的鐵芯夾件接地比較特殊，如圖6所示，可以看到這種類型的鐵芯夾件如果是像實例1中的產(chǎn)品一樣在掛網(wǎng)運行情況下進行帶電檢測，則無法安裝耦合傳感器，也就無法進行定位工作。

在隨后的局部放電測量時發(fā)現(xiàn)，在試驗電壓下變壓器無局部放電信號，因此無法進行超聲定位。只能通過油色譜數(shù)據(jù)對變壓器故障進行分析。變壓器油中溶解的氣體主要是空氣。新變壓器在高壓試驗中、正常變壓器在運行時，變壓器油可能會產(chǎn)生微量或少量氫氣、烴類氣體、一氧化碳和二氧化碳。若變壓器內(nèi)部存在故障，就會產(chǎn)生較大量的上述氣體，把這類氣體稱為故障特征氣體。根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》（GB/T 7252—2001）的三比值法查表可知，上述情況屬于低能放電兼過熱的情況。根據(jù)該產(chǎn)品的油樣數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：本次乙炔含量超標，是由內(nèi)部存在局部放電缺陷導致，該缺陷與變壓器運行時的負荷有關，應該是油中裸金屬放電。根據(jù)乙炔含量可以推斷出在變壓器內(nèi)部應該出現(xiàn)了比較明顯的放電痕跡，可以以此發(fā)現(xiàn)故障點進行修復。

2.2.1 ? ?內(nèi)檢方案

我們根據(jù)以往修復同類型故障點的經(jīng)驗，結(jié)合變壓器結(jié)構(gòu)，確定了內(nèi)檢方案。首先對變壓器進行充氣排油，排油工作完成后，由工作人員進入變壓器內(nèi)部進行檢查，主要針對變壓器器身磁壓板接地點、夾件屏蔽管與連接夾件的固定螺栓等位置進行檢查。內(nèi)檢重點檢查部位如圖7所示。

2.2.2 ? ?內(nèi)檢結(jié)果

產(chǎn)品放油后，經(jīng)工作人員進入變壓器內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品上部夾件屏蔽的緊固螺栓處存在松動情況，存在明顯的放電痕跡，如圖8所示。

3 結(jié)語

本文對兩臺油色譜分析中乙炔氣體超標的±800 kV換流變壓器，采用局部放電超聲定位檢測的方法，準確確定了放電點位置，隨后對該產(chǎn)品進行現(xiàn)場排油內(nèi)檢，在內(nèi)檢過程中發(fā)現(xiàn)了明顯的放電痕跡，變壓器修復后試驗檢測合格，驗證了超聲定位的準確性，為今后運維人員遇到類似問題的處理提供了參考，具有較高的工程實踐意義。

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收稿日期：2020-05-07

作者簡介：馬斌（1982—），男，河北保定人，高級工程師，從事變壓器試驗技術研究工作。