調(diào)相機(jī)升壓變介損超標(biāo)原因分析及其預(yù)防措施研究

孫國中，程懷宇，宋 明，李康偉，楊恒杰

（國家電網(wǎng)有限公司特高壓建設(shè)分公司，北京 100000）

0 引言

變壓器套管是變壓器的重要組成部分，它的作用是將高壓引線從箱體中引出，并起到絕緣作用[1]。變壓器套管按照主絕緣結(jié)構(gòu)分為電容式和非電容式兩種，電容式套管一般由電容芯子、瓷套、連接套筒和其他固定附件組成，電容芯子為套管的主絕緣，瓷套作為外絕緣和保護(hù)芯子的容器[2]。電容式套管介損（tanδ）測量是判斷套管絕緣狀況的一項(xiàng)重要手段[3-4]，由于套管體積較小，電容量較?。◣装賞F），因此測量其介損可以比較靈敏地反映套管油質(zhì)劣化或受潮及某些局部缺陷。

1 調(diào)相機(jī)升壓變介損超標(biāo)的概況

南昌±800 kV 換流站內(nèi)新建2 臺300 MVar 調(diào)相機(jī)，每臺調(diào)相機(jī)采用調(diào)相機(jī)-變壓器組單元接線經(jīng)斷路器接入換流站500 kV 交流濾波器大組母線。2 臺調(diào)相機(jī)升壓變壓器型號為SFP-360 MVA/500 kV，由常州東芝變壓器有限公司生產(chǎn)。升壓變冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向風(fēng)冷（ODAF），額定容量360 MVA，調(diào)壓方式為無激磁調(diào)壓，電壓比525±2×2.5%/20 kV，短路阻抗Ud=10.5%，接線組別為YN，d11，空載電流0.06%，空載損耗198 kW。

測量繞組連同套管的tanδ：絕緣電阻合格后方可進(jìn)行，當(dāng)變壓器電壓等級為35 kV 及以上且容量在8 000 kVA 及以上時，應(yīng)測量介質(zhì)損耗角正切值tanδ；被測繞組tanδ值不應(yīng)大于產(chǎn)品出廠試驗(yàn)值得130%。

在完成變壓器本體及附件安裝工作后，對該調(diào)相機(jī)升壓變進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)繞組連同套管介質(zhì)損耗角正切（tanδ）的現(xiàn)場測量值較工廠的試驗(yàn)值偏高。主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1、2所示。

表1 變壓器介損和電容對比分析

表2 變壓器絕緣電阻值對比分析

查常規(guī)試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，繞組連同套管的直流電阻試驗(yàn)，換算到同一溫度，各相繞組相互間電阻的實(shí)測值較出廠值的差別不大于0.5%，滿足規(guī)范“≦1%”的要求。所有分接頭的電壓比允許偏差不超過±0.5%，三相組別正常。各繞組對地的絕緣電阻值，換算到同一溫度，滿足“不低于產(chǎn)品出廠試驗(yàn)值的70%或不低于10 000 MΩ（20 ℃）”的要求，R60s大于10 000 MΩ，吸收比和極化指數(shù)與產(chǎn)品出廠值相比應(yīng)無明顯差別。

從測量數(shù)據(jù)（換算到同一溫度）分析可以得出初步結(jié)論：電容的現(xiàn)場的測量值與產(chǎn)品出廠的試驗(yàn)值基本一致，滿足“≦3%”的要求，被測繞組的tanδ值不宜大于產(chǎn)品出廠試驗(yàn)值的130%，高壓對地的介損測量值與工廠試驗(yàn)值差異不大，但涉及低壓對地之間介損的差異較大，推測超標(biāo)原因可能是“發(fā)生在低壓對地之間”。

2 升壓變介損超標(biāo)的原因分析

2.1 介質(zhì)損耗因數(shù)增大原理

介質(zhì)損耗因數(shù)測試所用儀器AI-6000E 原理為QS1 型平衡電橋原理。QS1 型電橋接線原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 QS1型平衡電橋原理圖

圖2 QS1型電橋平衡原理圖

電橋平衡時，介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量計算公式如下：

式中：CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器；R4為無感固定電阻；ω為角頻率，以上3個量均為定量；R3為無感可調(diào)電阻；C4為可調(diào)電容器，以上2個量為變量。

電橋平衡過程是通過調(diào)節(jié)R3和C4，從而分別改變橋臂電壓的大小和相位來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)R3可以改變UVD的幅值，使之與UVD的大小相等；調(diào)節(jié)R4時，由于很小，所以C4的數(shù)值不大，對Z4的幅值影響很小，也就是對UVD的幅值影響很小，只是影響阻抗角的變化，換言之，決定CX、tanδ變化的直接量分別為R3和C4[5]。只要分析出當(dāng)RX增大時C4如何變化即可得出結(jié)論。

式（1）中由于CX沒有變化，R3沒有變化，接線原理ZX支路中UWD不變，RX增大，回路電流IX減小，R3沒有變化，UUD減小。電橋平衡時，由于UVD＝UUD，因此UVD也要減小。在CN支路中，除C4外其他量均為定量，要想使UVD減小，只能調(diào)節(jié)C4使之增大，使電橋達(dá)到平衡，由于前面分析C4的變化決定介質(zhì)損耗的變化，從而介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ增大[6]。

2.2 介損超標(biāo)的原因分析

針對調(diào)相機(jī)升壓變安裝過程及現(xiàn)場試驗(yàn)狀態(tài)與工廠試驗(yàn)狀態(tài)差異性展開了如下調(diào)查工作。

1）變壓器繞組連同套管的直流電阻如表3所示。

由于繞組連同套管的直流電阻測試數(shù)據(jù)在合格范圍內(nèi)，三相互差未超出規(guī)程規(guī)定值2%。因此，該套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)未能通過直流電阻測試數(shù)據(jù)反應(yīng)出主要原因，可排除試驗(yàn)接線一次回路接觸不良。

2）該次使用的低壓套管型式是純瓷的，可排除受到類似油紙電容式套管本身介損變化的影響。

3）追溯現(xiàn)場安裝露空時間控制和真空抵消工藝符合規(guī)定，未發(fā)現(xiàn)異?！，F(xiàn)場各繞組對地絕緣電阻測試數(shù)據(jù)良好，且高壓對地的介損測量值良好，排除變壓器安裝時受潮的因素。

4）追溯現(xiàn)場注入變壓器本體的變壓器油含水量＜10 mg/L，現(xiàn)場熱油循環(huán)后油品各項(xiàng)數(shù)據(jù)均符合協(xié)議要求，可以排除現(xiàn)場油品的因素。

5）考慮到該兩臺變壓器在工廠試驗(yàn)時低壓套管未涂RTV，現(xiàn)場試驗(yàn)時低壓套管涂有RTV，現(xiàn)場去除低壓套管瓷套表面的RTV 涂層后再次測量繞組連同套管介損，具體測量結(jié)果如表4所示。

表4 去除瓷套表面的RTV涂層后試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由試驗(yàn)結(jié)果可知：去除低壓套管RTV 涂層前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)無太大變化，可排除RTV 涂層對變壓器介損的影響。

6）經(jīng)過專家論證，再進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 補(bǔ)充試驗(yàn)及數(shù)據(jù)

從上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，與鐵心相關(guān)的連接介損都偏大，當(dāng)排除了鐵心對介損的影響后，介損測量值下降較多且與廠內(nèi)試驗(yàn)值數(shù)據(jù)相當(dāng)。

分析造成低壓繞組對地介損測量值差異的原因可能與變壓器的鐵心相關(guān)，經(jīng)拆卸、包裝、吊裝、運(yùn)輸?shù)冗^程后鐵心環(huán)氧綁帶受到振動導(dǎo)致狀態(tài)有微小變化，其接地條件相應(yīng)有所變化，導(dǎo)致了低壓繞組對地介損測量值的差異。介質(zhì)損耗因數(shù)與電容量、一次回路等效電阻關(guān)系式：

由公式（3）可以看出，CX沒有變化，ω為定量，所以推測導(dǎo)致介質(zhì)損耗因數(shù)增大的量為RX，可能鐵心環(huán)氧綁帶受到振動導(dǎo)致狀態(tài)有微小變化，其接地條件相應(yīng)有所變化。相當(dāng)于在被試品回路中串入一個電阻，導(dǎo)致有功分量增大，無功分量保持不變，介質(zhì)損耗角增大[6]。

7）兩臺主變耐壓局放試驗(yàn)后，再次對低壓繞組對地介損進(jìn)行了測量，數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 耐壓局放試驗(yàn)后介損試驗(yàn)及數(shù)據(jù)

從上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，低壓繞組對地之間介損值有所下降，1 號、2 號變壓器分別較出廠值偏差為+60%、+26%。一般變壓器在高電壓試驗(yàn)后不再進(jìn)行介損的測量，據(jù)廠家經(jīng)驗(yàn)，確實(shí)記錄到高電壓試驗(yàn)后有介損變化的現(xiàn)象，可能在高電壓試驗(yàn)后接地條件會發(fā)生微弱的變化。

3 結(jié)語

3.1 結(jié)論

造成低壓繞組對地介損測量值差異問題的原因可能與變壓器的鐵心相關(guān)，可能經(jīng)拆卸、包裝、吊裝、運(yùn)輸?shù)冗^程后鐵心環(huán)氧綁帶受到振動導(dǎo)致狀態(tài)有微小變化，其接地條件相應(yīng)有所變化，導(dǎo)致了低壓繞組對地介損測量值的差異。

現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果滿足技術(shù)協(xié)議中介損≤0.5%的要求，廠家確認(rèn)該差異完全不會影響變壓器的正常運(yùn)行。

該兩臺主變已通過了后續(xù)的耐壓、局放等試驗(yàn)，變壓器可以正常運(yùn)行，后續(xù)將運(yùn)維過程中介損測試與本次現(xiàn)場交接試驗(yàn)測試的介損值作為對照，繼續(xù)保持關(guān)注。

3.2 建議

當(dāng)后續(xù)變電站現(xiàn)場出現(xiàn)類似介損超標(biāo)問題時，可以從套管本身材質(zhì)、安裝時是否受潮（露空時間）、注入變壓器油含水量、套管RTV 涂層等方面進(jìn)行分析，同時結(jié)合現(xiàn)場安裝工藝及試驗(yàn)情況進(jìn)行綜合判斷。

建議后續(xù)套管廠家加強(qiáng)套管鐵心環(huán)氧綁帶的施工工藝、設(shè)備監(jiān)造的把關(guān)，在套管的拆卸、包裝、吊裝、運(yùn)輸?shù)冗^程注意設(shè)備保護(hù)，避免過程損傷。