一起110 kV變壓器懸浮放電故障分析與處理

莊先濤，郝 為，張薷方

（國網(wǎng)遂寧供電公司，四川 遂寧 629000）

0 引 言

電力變壓器內(nèi)部故障主要包括絕緣故障、熱故障以及機(jī)械故障3種類型。統(tǒng)計(jì)表明，內(nèi)部絕緣故障占比較大，而局部放電是導(dǎo)致絕緣故障的主要原因[1,2]。局部放電表現(xiàn)為絕緣局部區(qū)域內(nèi)的微小放電，若持續(xù)發(fā)展，將導(dǎo)致絕緣進(jìn)一步劣化，最終使整個絕緣系統(tǒng)失效[3]。因此，對電力變壓器開展局部放電檢測及診斷，有助于提高設(shè)備運(yùn)維管理水平，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電力變壓器局部放電過程中會伴隨電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及局部過熱等信號，而且會使絕緣材料分解產(chǎn)生一些新的化學(xué)產(chǎn)物。針對上述物理、化學(xué)現(xiàn)象，相應(yīng)出現(xiàn)了諸多檢測技術(shù)，如脈沖電流法、高頻法、超聲波法、特高頻局放檢測法以及油中溶解氣體分析法等。脈沖電流法通過在套管末屏接地線處串入檢測阻抗以耦合電脈沖信號，該方法能開展定量分析，適用于停電試驗(yàn)[4]。高頻法通過在接地線上穿過高頻電流傳感器實(shí)現(xiàn)非電接觸式測量，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，廣泛應(yīng)用在帶電檢測和在線監(jiān)測中[5]。超聲波法通過在油箱外殼布置超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)局部放電檢測，具有抗電磁干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，因此該方法在現(xiàn)場只能作為一種輔助測量手段[6]。特高頻局放檢測法采用特高頻傳感器耦合局部放電產(chǎn)生的電磁波信號進(jìn)行檢測，由于變壓器油箱屏蔽效果好，外置式特高頻傳感器在現(xiàn)場使用效果欠佳[7-10]。油中溶解氣體分析法通過檢測特征氣體含量，判斷變壓器是否存在故障，不受電磁干擾影響，既適用于離線檢測，又適用于帶電檢測。不同的局部放電檢測技術(shù)各具優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)人員往往將多種檢測技術(shù)相結(jié)合，用于局部放電的檢測、診斷及定位，現(xiàn)場使用效果較好。

針對某110 kV變壓器，本文通過脈沖電流法發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部A相存在局部放電信號，通過油中溶解氣體分析法發(fā)現(xiàn)乙炔含量超標(biāo)，最終吊罩解體發(fā)現(xiàn)是由于壓釘碗松動導(dǎo)致懸浮放電，為今后處理類似變壓器缺陷提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 變壓器運(yùn)行工況

某110 kV變電站擴(kuò)建工程新增1臺110 kV變壓器，2021年4月出廠，型號為SSZ11-50000/110，額定容量為50000/50000/50000 kVA，其基本信息如表1所示。

表1 變壓器基本信息

2021年4月30日，該主變投運(yùn)，油色譜未發(fā)現(xiàn)異常。2021年5月14日，試驗(yàn)人員對該主變進(jìn)行帶電檢測，發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在局部放電信號，油中溶解乙炔含量為1.14 μL/L。次日，再次檢測發(fā)現(xiàn)異常放電信號依然存在，乙炔含量為1.12 μL/L。歷次油色譜數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 油色譜數(shù)據(jù)

根據(jù)帶電檢測結(jié)果初步判斷，該變壓器內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象，因此對該主變進(jìn)行停電試驗(yàn)和檢查。

2 局部放電帶電檢測及分析

試驗(yàn)人員對該主變進(jìn)行了高頻局部放電檢測，在鐵芯和夾件接地線處檢測到異常信號，局部放電相位分布（Phase Resolved Partical Discharge，PRPD）圖譜及脈沖序列相位分布（Phase Resolved Pulse Sequence，PRPS）圖譜如圖1所示。可以看出，在工頻相位的正、負(fù)半周均有放電信號，信號幅值相近，大于60 dB。正負(fù)半周信號對稱性高，具有100 Hz相關(guān)性和典型的懸浮放電特征。

圖1 變壓器高頻局放檢測結(jié)果

為確定此放電信號是否來自變壓器內(nèi)部，在該主變外部空間中進(jìn)行特高頻局部放電檢測，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。因此，推判此放電信號來自變壓器內(nèi)部。

3 停電試驗(yàn)及分析

該主變停電后，試驗(yàn)人員對繞組絕緣電阻、直流電阻、變比、電容量及介損等開展了測試，均未見異常。為進(jìn)一步檢測變壓器主絕緣狀態(tài)，開展了長時感應(yīng)耐壓帶局部放電試驗(yàn)。

現(xiàn)場采用單相加壓法，三相檢測結(jié)果如表3所示?？梢钥闯觯珺相、C相局放量均小于50 pC，試驗(yàn)合格。而A相進(jìn)行感應(yīng)耐壓時，當(dāng)電壓加至1.1U m√3，局放量將近45 pC，當(dāng)加壓上升至1.5U m√3時，局放量將近560 pC。在1.5U m√3電壓下持續(xù)30 min，局放始終保持在560 pC。此時，在A相低壓側(cè)箱壁附近，可聽見來自變壓器內(nèi)部的放電聲。當(dāng)電壓降至1.1U m√3時，局放量下降至43 pC，內(nèi)部放電聲也消失。

表3 長時感應(yīng)耐壓帶局部放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)24 h后，油色譜數(shù)據(jù)顯示乙炔含量為2.12 μL/L，相較試驗(yàn)前大約增長一倍。通過試驗(yàn)結(jié)果綜合考慮，分析認(rèn)為主變壓器內(nèi)部存在低能量放電，發(fā)生在線圈外部，放電類型是裸電極放電。

4 解體檢查及處理

為確認(rèn)缺陷情況，技術(shù)人員經(jīng)人孔進(jìn)入主變壓器內(nèi)部檢查，由于變壓器內(nèi)部光線較暗且空間狹窄，未能找到放電痕跡，于是對該主變進(jìn)行吊罩檢查。

由于A相感應(yīng)耐壓試驗(yàn)存在異常，技術(shù)人員重點(diǎn)檢查了A相，用內(nèi)窺鏡檢查A相低壓、中壓線圈首端及尾端，未見放電痕跡。檢查低壓引線連接無松動，A相低壓側(cè)4個器身壓釘螺栓與鎖緊螺母無松動，拉桿與鐵芯無短接，磁屏蔽與油箱單點(diǎn)接地?zé)o松動。檢查4個壓釘螺栓下部壓釘碗時，發(fā)現(xiàn)有一只壓釘碗未壓緊，可輕易水平移動，如圖2所示。

圖2 壓釘碗松動

松開備緊螺母，取出壓釘和壓釘碗，發(fā)現(xiàn)壓釘碗內(nèi)壁邊緣有明顯毛刺，目測長度約2 cm，壓釘接觸面有放電過熱痕跡，如圖3所示。

圖3 壓釘與壓釘碗缺陷

從壓釘碗內(nèi)壁擠壓的毛刺可知，在主變生產(chǎn)制造階段線圈軸向壓緊時，由于操作失誤將壓釘螺栓壓在壓釘碗邊緣上，而沒有壓到壓釘碗槽中，造成壓釘在壓釘碗邊緣擠壓出毛刺。出廠局放試驗(yàn)和油色譜試驗(yàn)合格，說明試驗(yàn)時壓釘仍可靠虛壓在壓釘碗邊緣，二者未出現(xiàn)松動間隙，如圖4（a）所示。而主變壓器在運(yùn)輸、安裝或運(yùn)行過程中，因振動導(dǎo)致壓釘碗脫離虛壓束縛，形成松動間隙，造成壓釘碗軸向沒有被壓緊，如圖4（b）所示。主變正常運(yùn)行時壓釘碗與壓釘螺栓、夾件以及拉板等形成等電位，通過接地套管引出接地。當(dāng)壓釘碗與壓釘螺栓之間存在間隙時，壓釘碗處于懸浮電位，進(jìn)而引發(fā)放電。

圖4 壓釘與壓釘碗缺陷示意圖

確認(rèn)故障點(diǎn)后，清除壓釘碗內(nèi)壓偏產(chǎn)生的金屬毛刺，并緊固壓釘螺栓及鎖緊螺母，確保壓釘碗與壓釘螺栓可靠連接。故障點(diǎn)處理完畢后，主變投網(wǎng)運(yùn)行，異常信號消失。

5 結(jié) 論

采用油中溶解氣體分析法和局部放電檢測等手段可以及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部放電缺陷，對于保障設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。本次變壓器局部放電缺陷是由于壓釘碗松動，與壓釘螺栓虛壓，進(jìn)而導(dǎo)致懸浮放電。運(yùn)維單位應(yīng)做好變壓器廠內(nèi)監(jiān)造工作，注意檢查壓釘碗是否可靠壓緊，嚴(yán)格把控制造中間環(huán)節(jié)與試驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高新入網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量安全。此外，由于某些結(jié)構(gòu)件的虛壓缺陷在出廠試驗(yàn)和交接試驗(yàn)中未必能及時發(fā)現(xiàn)，往往是發(fā)展到一定階段才會體現(xiàn)出來，因此要加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)檢修例行試驗(yàn)和帶電檢測，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)相結(jié)合，綜合判斷設(shè)備狀態(tài)。