一起220kV變壓器局部放電故障診斷與分析

國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司 孫文鵬 頓 超 中國建筑第八工程局有限公司華北分公司 葉風彩

本文分析的變壓器為一臺100000kVA電爐變壓器電源變的220kV產(chǎn)品，該變壓器在例行試驗中發(fā)現(xiàn)乙炔超標，隨后在診斷性試驗中檢測出局部放電超過標準，通過試驗數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)場分別采用常規(guī)試驗法、非試驗相中壓支撐法兩種方法，并通過兩種方法的對比準確判斷出局部放電源的位置，最后對局部放電源進行處理，消除主變?nèi)毕荨?/p>

1 故障診斷與分析

該變壓器2016年12月24日在例行試驗中發(fā)現(xiàn)油色譜出現(xiàn)乙炔組分，含量為0.8μL/L；后續(xù)跟蹤監(jiān)測，于2017年05月19日達到5.2μL/L，超過注意值5μL/L；至2018年08月07日逐步升高到26.6μL/L。

1.1 歷史油色譜數(shù)據(jù)分析

表1 歷史油色譜試驗數(shù)據(jù)（單位：μL/L）

特征氣體分析。通過試驗數(shù)據(jù)明顯看出特征氣體為CO、CH4，次要特征氣體為C2H6、C2H4、C2H2，表征該變壓器內(nèi)部存在油紙過熱（圖1）；三比值法。針對2018年08月07日的油色譜數(shù)據(jù)計算得出氣體編碼為220，可判斷出故障類型為低能放電（兼過熱）故障；CO、CO2判斷。絕對值：CO2/CO=1533/525.3=2.92＜7，可排除固體絕緣材料老化情況。增量值：CO2/CO=(1533-403.1)/(525.3-55.7)=2.41＜3，說明該故障涉及固體絕緣材料；C2H2、H2判斷。絕對值：C2H2/H2=26.6/18=1.48＜2。增量值：C2H2/H2=(26.6-0.8)/(18-3.7)=1.8＜2。因此可排除有載開關(guān)油污染的可能。

圖1 特征氣體增長趨勢

故障趨勢分析。據(jù)2016年12月24日至2018年08月07日的氣體數(shù)據(jù)，通過進一步研究總烴的產(chǎn)氣速率來進行故障趨勢判定：γγ=（Ci,1-Ci,2）/Ci,1×1/Δt×100%，式中Ci,1、Ci,2分別為第1次、第2次取樣油中某氣體濃度，μL/L；Δt為設(shè)備在期間實際運行時間。按照公式選取近期3個不同時間段對總烴相對產(chǎn)氣速率進行計算，由表2可發(fā)現(xiàn)三個時間段的總烴相對產(chǎn)氣速率均大于注意值10%，說明變壓器內(nèi)部存在故障。2018年5月將該變壓器改為手動強運行風機和油泵，油紙過熱的現(xiàn)象得到一定改善，主變上層油溫下降7～11℃，CO、CH4增長緩慢，但C2H2仍呈增長趨勢，可見設(shè)備內(nèi)部故障未消除。

表2 總烴相對產(chǎn)氣速率

1.2 故障檢查試驗分析

診斷性試驗。為進一步診斷和定位故障對該變壓器進行了以下診斷性試驗：繞組及套管絕緣電阻、介質(zhì)損耗及電容量試驗、鐵芯及夾件絕緣電阻；油色譜試驗；靜放24h后進行長時間空載試驗（24～72小時）；靜放24h后進行油色譜試驗；局放試驗；靜放24h后進行油色譜試驗。除油色譜和局放試驗結(jié)果異常外，其它試驗均正常。

油色譜分析。長時空載試驗后CH4、C2H4、H2、C2H6未顯著增長，說明該油過熱現(xiàn)象不是鐵心故障引起的。局部放電試驗后有少量C2H2產(chǎn)生，同時CO、CO2含量增長，這與該變壓器歷史油色譜變化規(guī)律相吻合，再次說明主變內(nèi)部一直存在缺陷（表3）。

表3 油色譜數(shù)據(jù)

局放試驗分析。分別使用常規(guī)法和支撐法進行局放試驗，常規(guī)法采用低壓側(cè)加壓，高壓中性點直接接地，在高壓套管末屏處串入檢測阻抗再接地（圖2），施加電壓為1.3Um/結(jié)果顯示C相放電量為101pC，A相、B相約為5100pC，嚴重超標。為確認故障點的位置，改用非被試相短路接地的中性點支撐法進行測量（圖3）。同時加壓過程中采用超高頻局部放電測試儀和紫外測試儀對A、B相高壓套管外部進行檢測。

圖2 局部放電試驗常規(guī)法接線圖

圖3 局部放電試驗支撐法接線圖

采用中性點支撐法，當被試相套管端部電壓與常規(guī)法一致時，繞組匝間電位差僅為常規(guī)法時的2/3。通過對被試相套管端部施加相同的感應電壓，對比放電量的起始熄滅電壓和大小，即可對脈沖放電發(fā)生的位置進行初步判斷。如兩種方法放電量一致表明脈沖放電信號與繞組匝間電位差無關(guān)，脈沖放電發(fā)生位置可能為繞組引線至套管端部之間或套管外部；如中性點支撐法時的放電量小于常規(guī)法時，放電產(chǎn)生的部位就可能位于變壓器繞組中。通過對被試相套管端部施加相同的感應電壓發(fā)現(xiàn)，兩種方法中A、B相數(shù)據(jù)一致，起始電壓和熄滅電壓相差無幾（表4）。

表4 局部放電試驗數(shù)據(jù)

使用電壓向量圖進行分析，可得脈沖放電信號與繞組匝間電位差無關(guān)（圖4）。同時超高頻局部放電測試儀和紫外測試儀未檢測到放電信號，可排除高壓套管外部的懸浮放電和尖端放電。因此，脈沖放電發(fā)生位置應位于A、B相高壓繞組端部引線出線部位至套管端部之間。

圖4 局放起始電壓向量圖

1.3 故障原因分析

由上述試驗數(shù)據(jù)分析可基本斷定，該變壓器內(nèi)部存在著低能放電（兼過熱）故障，故障點位于A、B相高壓繞組端部引線出線部位至套管端部之間，故障原因為A、B相高壓引線與電位懸浮的部件之間的連續(xù)火花放電。推測具體的放電情形有[1-4]：高壓引線對靜電環(huán)放電；高壓引線對鐵芯拉帶拉桿放電；高壓引線對套管導流管放電；高壓引線對油箱磁屏蔽放電。

2 排油檢查結(jié)果及修復

排油吊芯。變壓器排油，拆除外部件，清理油箱外部粉塵、油污，將器身吊出；故障點檢查確認。拆除夾件及上鐵軛，檢查高壓引線發(fā)現(xiàn)A、B相高壓引線根部絕緣紙顏色較深，用力按壓引線根部，手感內(nèi)部發(fā)軟且有深色油滲出，絕緣表面可見絕緣碳化微粒。剝開A相高壓引線根部絕緣，發(fā)現(xiàn)靜電環(huán)引出線與高壓引線焊接部位脫落，此位置所包的絕緣紙已燒成碳灰。檢查B相高壓引線情況相同，檢查C相高壓引線，靜電環(huán)引出線與高壓引線連接良好；通過對靜電環(huán)進行檢查，發(fā)現(xiàn)其引出線與高壓引線間采用錫焊，且焊接長度較短，為7mm，不滿足15～20mm的工藝要求[5]；對其它可能放電部位進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

通過上述檢查，確定最終的故障原因為靜電環(huán)引出線與高壓引線間的焊接長度過短、焊接工藝不良，同時該變壓器所帶負荷為沖擊性負荷，致使靜電環(huán)引出線脫落，造成高壓引線對電位懸浮的靜電環(huán)連續(xù)火花放電。將靜電環(huán)引出線和高壓引線待焊接部位的絕緣剝除干凈，去除表面污物及金屬氧化層，用無水乙醇擦拭干凈。用浸水的石棉繩包扎在靜電環(huán)引出線和高壓引線根部，采用磷銅焊將靜電環(huán)引出線與高壓引線牢固焊接，焊接長度控制在15～20mm。去除焊接部位的尖角與毛刺，對引出線焊接區(qū)凹處填充絕緣膩子，采用20mm寬的DL-12電纜紙帶半疊繞包絕緣，絕緣層厚度控制在6mm。

3 結(jié)語

對于沖擊性負荷而言，繞組端部電場強度的分布對繞組變形等影響極大，需在端部加入靜電環(huán)以降低電場強度、提高絕緣裕度。為減少漏磁在金屬屏蔽層中產(chǎn)生的渦流損耗，靜電環(huán)導體的厚度要盡量薄，一般厚度小于0.1mm。導體不能形成一個封閉匝，首尾兩端嚴禁連接。在大型變壓器中為降低漏磁通引起的損耗，采用在絕緣圈上包敷鋁皺紋紙帶或噴涂石墨涂層的靜電環(huán)。對用于特殊負荷的變壓器，其冷卻方式應根據(jù)實際需要適當作出調(diào)整，否則易造成局部過熱，本案例中特殊的負荷性質(zhì)雖不是導致靜電環(huán)引出線脫落的直接原因，但在一定程度上促進了缺陷的發(fā)生。