干式變鐵心對地絕緣降低缺陷分析與處理

白 起

（1.湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

1 引言

變壓器是電力系統(tǒng)重要的組成部分，其中繞組和鐵心作為傳遞、變換電磁能量的主要部件，一旦出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器在運(yùn)行時(shí)，鐵心處于電場中，若不接地便會(huì)產(chǎn)生懸浮電位，引起絕緣放電，造成設(shè)備損壞。若存在多點(diǎn)接地，兩個(gè)或多個(gè)接地點(diǎn)便會(huì)形成閉合回路，進(jìn)而產(chǎn)生環(huán)流引起局部過熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒損鐵心，造成變壓器嚴(yán)重故障。因此運(yùn)行中變壓器的鐵心必須且只能一點(diǎn)接地，變壓器鐵心對地絕緣的測量也成為變壓器鐵心健康狀況監(jiān)測的一個(gè)重要手段。在日常檢修試驗(yàn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)變壓器鐵心對地絕緣偏低，必須及時(shí)予以檢查處理，徹底消除設(shè)備隱患。

2 故障情況及分析

2.1 故障情況

某電廠2號(hào)高壓廠用變壓器為環(huán)氧樹脂干式變壓器，變壓器型號(hào)為SC 10-4000/15.75。該變壓器出廠日期為2005年9月12日，在對其歷年檢修預(yù)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中，發(fā)現(xiàn)其鐵心對地絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)逐年下降的情況，最低時(shí)已經(jīng)低于2 MΩ，嚴(yán)重影響變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。歷年鐵心對地絕緣測量數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 某電廠2號(hào)高廠變鐵心對地絕緣歷年試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2019年10月，專業(yè)人員再次對2號(hào)高廠變進(jìn)行停電檢修，并使用兆歐表2 500 V檔位對鐵心在不同溫度下的對地絕緣水平進(jìn)行了測量和記錄。具體測量數(shù)據(jù)詳見表2。

表2 某電廠2號(hào)高廠變停電后鐵心對地絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 故障原因分析

2.2.1 干式變壓器常見接地故障原因分析

干式變壓器鐵心接地主要是由外部因素和內(nèi)部因素造成的。外部因素是指外圍的原因，環(huán)境和人為因素致使變壓器鐵心出現(xiàn)接地故障、內(nèi)在因素是指變壓器內(nèi)部絕緣材料缺陷或產(chǎn)品設(shè)計(jì)和安裝工藝不當(dāng)?shù)脑蛑率棺儔浩麒F心出現(xiàn)多點(diǎn)接地故障。具體包含以下幾種情形：

（1）在檢修工作開展過程中，因人為操作不當(dāng)，導(dǎo)致金屬異物不慎落入變壓器內(nèi)部，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并完全撿拾出引起鐵心接地故障。

（2）干式變壓器在運(yùn)行中由于鐵心的漏磁使附近空間產(chǎn)生弱磁性，吸引周圍金屬粉末和粉塵附著，在長期未進(jìn)行清理或清理不徹底的情況下導(dǎo)致鐵心對地絕緣降低。

（3）鐵心相關(guān)絕緣材料在干式變停運(yùn)后由于凝露或受潮導(dǎo)致絕緣性能降低，進(jìn)而引起鐵心出現(xiàn)低阻性多點(diǎn)接地。

（4）干式變壓器長期過載或高溫運(yùn)行，且未及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，造成鐵心局部嚴(yán)重過熱，致使硅鋼片間絕緣老化、破損，從而導(dǎo)致鐵心接地故障。

（5）干式變壓器在制造安裝時(shí)，選用了表面粗糙、銹蝕嚴(yán)重或絕緣漆涂層脫落等存在質(zhì)量問題的硅鋼片，造成鐵心接地故障。

2.2.2 高廠變鐵心對地絕緣偏低故障原因排查

（1）仔細(xì)檢查高廠變鐵心各可視部位無積塵和磁化金屬粉末，無局部銹蝕、鼓包或絕緣漆層脫落情況。

（2）對高廠變鐵心各部位使用干燥空氣進(jìn)行吹掃，并使用無水乙醇對各部位進(jìn)行衛(wèi)生清掃，再次測量鐵心對地絕緣依舊隨鐵心溫度的降低再次降低，因此排除金屬粉末和灰塵清理不徹底引起的接地故障。

（3）結(jié)合2號(hào)高廠變停電后鐵心對地絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知，該變壓器鐵心對地絕緣水平隨著鐵心溫度的降低逐漸降低，但不完全為零，屬于低阻接地，可排除金屬異物接地故障及鐵心片間接地故障。

2.3 初步判斷

初步判斷2號(hào)高廠變鐵心對地絕緣降低是由于鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料存在老化現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)生絕緣性能下降。

2.4 絕緣材料老化原因分析

（1）2號(hào)高廠變鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料耐熱性不強(qiáng)，耐熱等級(jí)不高。

（2）2號(hào)高廠變內(nèi)部未安裝通風(fēng)散熱設(shè)備，且變壓器所處位置通風(fēng)不暢，全年長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行致使鐵心長期保持高溫狀態(tài)，加劇了絕緣材料的老化速度。

（3）受地下式廠房影響，2號(hào)高廠變所在區(qū)域環(huán)境濕度較高，鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料在冷卻過程中吸收環(huán)境中潮氣導(dǎo)致鐵心對地絕緣水平下降。

3 故障點(diǎn)排查

3.1 鐵心絕緣結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)干式變壓器的結(jié)構(gòu)（圖1）分析，鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料所在位置包括：

圖1 干式變結(jié)構(gòu)

（1）鐵心與穿心螺桿之間的絕緣材料；

（2）鐵心與夾件之間的絕緣材料；

（3）鐵心與拉板之間的絕緣材料。

3.2 故障點(diǎn)排查

3.2.1 鐵心與穿心螺桿之間絕緣測量

使用兆歐表2 500 V檔位測量鐵心對每個(gè)穿心螺桿的絕緣情況，測量絕緣數(shù)值均合格。據(jù)此判斷鐵心與穿心螺桿之間的絕緣材料無異常，可以排除穿心螺桿絕緣套筒及螺桿絕緣墊片可能存在的絕緣性能問題。

3.2.2 鐵心與上夾件之間絕緣材料檢查

拆除干式變上高壓線圈連桿、低壓側(cè)引線及支撐絕緣子，拆除上下夾件緊固螺桿，拆除上夾件穿心螺桿及緊固螺桿，整體拆除上夾件。使用兆歐表2 500 V檔位測量鐵心和夾件之間絕緣材料絕緣性能，測量絕緣數(shù)值均合格，排除鐵心與上夾件之間的絕緣材料問題。

3.2.3 鐵心與拉板之間絕緣材料的檢查和更換

（1）逐層拆除上端部鐵心，并按順序碼放。

（2）使用專用工具吊出高低壓線圈。

（3）現(xiàn)場使用兆歐表2 500 V檔測量鐵心與拉板之間的絕緣電阻數(shù)據(jù)不合格。

（4）拆除鐵心心柱上的玻璃綁扎帶，更換鐵心與拉板之間的絕緣材料，重新使用玻璃綁扎帶固定拉板后，再次使用兆歐表2 500 V檔測量鐵心與拉板之間的絕緣電阻數(shù)據(jù)合格。

3.3 故障點(diǎn)排查結(jié)果

2號(hào)高廠變鐵心心柱與拉板之間的絕緣材料存在老化情況，是導(dǎo)致變壓器鐵心對地絕緣降低的直接原因。

4 變壓器回裝及預(yù)試

4.1 變壓器回裝

（1）使用專用工具將變壓器高低壓線圈回裝至心柱上，并做好底部墊塊支撐。

（2）按順序回裝上端部鐵心，邊回裝邊對鐵心進(jìn)行整理，確保鐵心端面平整、疊片接縫符合要求。

（3）對鐵心表面均勻涂刷鐵心漆并充分干燥。

（4）回裝夾件，并緊固各部位螺栓。

（5）調(diào)整高低壓線圈上下支撐墊塊位置，確保線圈水平固定牢靠。

（6）恢復(fù)高壓側(cè)連桿及低壓側(cè)引線。

（7）再次使用兆歐表2 500 V檔位測量鐵心對地絕緣，數(shù)據(jù)合格。

4.2 變壓器交接試驗(yàn)

全部回裝完成后，按照干式變壓器交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行以下試驗(yàn)項(xiàng)目：

（1）測量繞組的直流電阻

各相繞組相互間差別不應(yīng)大于2%，線間相互間差別不應(yīng)大于1% 。

（2）檢查所有分接的電壓比

與制造廠銘牌數(shù)據(jù)相比，額定分接下電壓比允許偏差不應(yīng)超過±0.5%。

（3）檢查變壓器的三相接線組別

變壓器的三相接線組別應(yīng)與銘牌上的標(biāo)記和外殼上的符號(hào)相符。

（4）測量鐵心及夾件的絕緣電阻

使用兆歐表2 500 V檔位測量，持續(xù)時(shí)間應(yīng)為1 min，應(yīng)無閃絡(luò)及擊穿現(xiàn)象，絕緣電阻應(yīng)不小于200 MΩ。

（5）測量繞組的絕緣電阻、吸收比

絕緣電阻值不應(yīng)低于產(chǎn)品出廠試驗(yàn)值的70% 或不低于 10 000 MΩ（20 ℃） ，吸收比與產(chǎn)品出廠值相比應(yīng)無明顯差別，在常溫下不應(yīng)小于1.3。

（6）進(jìn)行繞組的交流耐壓試驗(yàn)

兩倍額定電壓下，耐受時(shí)間不低于60 s。

（7）進(jìn)行額定電壓下的空載沖擊合閘試驗(yàn)

在額定電壓下對變壓器實(shí)施3次沖擊合閘試驗(yàn)，應(yīng)無異?，F(xiàn)象。

（8）相位檢查

檢查變壓器的相位，應(yīng)與電網(wǎng)相位一致。

4.3 空載及帶負(fù)荷試運(yùn)行

所有交接試驗(yàn)完成且試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格后空載運(yùn)行24 h，觀察無異常后將變壓器帶負(fù)荷投入運(yùn)行，持續(xù)觀察該變壓器運(yùn)行情況，無異常24 h后解除觀察正式投入運(yùn)行。

5 改進(jìn)措施與預(yù)防措施

5.1 改進(jìn)措施

5.1.1 絕緣材料更換選型

使用絕緣性能更好、耐熱性更好的絕緣材料替換存在老化的絕緣材料，提升變壓器絕緣性能的穩(wěn)定性。

5.1.2 增強(qiáng)變壓器通風(fēng)散熱

在高廠變內(nèi)加裝6臺(tái)橫流式軸流風(fēng)機(jī)，配合溫控裝置，增強(qiáng)變壓器運(yùn)行過程中的散熱能力，降低變壓器絕緣材料的老化速度。

5.1.3 做好設(shè)備檢修期間除濕工作

針對地下廠房環(huán)境濕度較大的問題，通過開啟母線洞排風(fēng)機(jī)、開啟廠房通風(fēng)除濕系統(tǒng)、在變壓器區(qū)域臨時(shí)增設(shè)除濕設(shè)備等方式，做好變壓器停運(yùn)后的通風(fēng)除濕工作，減少絕緣材料在冷卻過程中的吸潮現(xiàn)象。

5.2 預(yù)防措施

5.2.1 同類型設(shè)備全面排查

全面排查全廠所有干式變壓器鐵心對地絕緣情況，記錄每臺(tái)變壓器停運(yùn)后由熱態(tài)到冷態(tài)過程中鐵心對地絕緣的變化數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)每臺(tái)變壓器歷年檢修試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

5.2.2 加強(qiáng)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析

持續(xù)加強(qiáng)對每臺(tái)設(shè)備歷年鐵心對地絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常動(dòng)態(tài)過程，做到早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)、早處理。

5.2.3 做好定期巡視檢查和檢修工作

定期巡視檢查干式變是否有過載、異音、異味、異常放電等現(xiàn)象，檢查三相繞組溫升是否正常，檢查箱體通風(fēng)是否正常。檢修過程重點(diǎn)檢查附件緊固件、穿芯螺桿、引出線、接地片是否松動(dòng)，檢查底部絕緣墊塊、壓環(huán)壓釘、鐵心與夾件間絕緣漆是否脫落嚴(yán)重，檢查鐵心硅鋼片是否有波浪鼓起、鐵心柱與拉板間是否有異物，并做好衛(wèi)生清理工作。

6 結(jié)束語

通過對電廠2號(hào)高廠變鐵心對地絕緣偏低故障的分析排查，最終確定鐵心與拉板之間的絕緣材料發(fā)生老化后，在冷卻過程中吸潮導(dǎo)致鐵心對地絕緣水平降低。通過更換新型絕緣材料、加裝軸流風(fēng)機(jī)等措施徹底解決了該問題，消除了可能發(fā)生高廠變鐵心多點(diǎn)接地的隱患。在對全廠干式變進(jìn)行排查后發(fā)現(xiàn)，該變壓器廠家生產(chǎn)的同批次干式變均存在鐵心對地絕緣逐年下降的情況，本次的排查處理過程可以很好地應(yīng)用到全廠其余干式變的處理過程中去，也可以對行業(yè)內(nèi)所有干式變鐵心對地絕緣偏低故障的分析處理提供參考。