變壓器局部放電試驗(yàn)及狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)研究

董理科，王英民，李冠良

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

0 引言

變壓器在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著變換電壓、電流和阻抗的重要作用，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電力的可靠供應(yīng)。變壓器局部放電試驗(yàn)是檢測(cè)繞組、套管等絕緣內(nèi)部存在的放電造成絕緣老化、劣化或破壞的有效方法，是保證變壓器核心部件和設(shè)備整體長(zhǎng)期安全運(yùn)行的技術(shù)措施[1]。對(duì)220 kV及以上電壓等級(jí)的變壓器在交接時(shí)、大修后以及必要時(shí)開(kāi)展局部放電試驗(yàn)，有助于分析變壓器的絕緣性能，判定其能否安全投運(yùn)或繼續(xù)使用，為設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、技術(shù)監(jiān)督和技改大修項(xiàng)目?jī)?chǔ)備提供依據(jù)。

1 局部放電試驗(yàn)

1.1 局部放電及其危害

局部放電是指導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電。這是導(dǎo)體絕緣內(nèi)部存在的氣隙、氣泡或制造過(guò)程中形成的缺陷在高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下發(fā)生多次重復(fù)擊穿和熄滅產(chǎn)生的；而四周的絕緣介質(zhì)性能沒(méi)有發(fā)生改變，整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)并未形成貫通電極的放電通道。

局部放電一般有固體絕緣的空隙放電和樹(shù)枝狀爬電、液體絕緣的氣泡放電、電極表面的尖端放電、介質(zhì)的沿面放電等多種形式。局部放電的能量通常很小，其短時(shí)存在對(duì)設(shè)備絕緣不構(gòu)成危害，但微弱放電的持續(xù)累積會(huì)導(dǎo)致絕緣老化、劣化、損壞甚至整體擊穿，其發(fā)展速度和具體過(guò)程與局部放電的類型、位置以及電力設(shè)備的絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀況都有關(guān)系。

1.2 試驗(yàn)原理及加壓方法

與中頻發(fā)電機(jī)相比，變頻柜具有體積小、重量輕、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電源容量要求低、輸出頻率能連續(xù)調(diào)節(jié)、可有效避免短路電流過(guò)大造成的故障點(diǎn)損壞、不產(chǎn)生恢復(fù)過(guò)電壓等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于變壓器局部放電交接試驗(yàn)或診斷性試驗(yàn)供電，并經(jīng)勵(lì)磁變壓器向被試變壓器低壓繞組加壓，通過(guò)被試變壓器本身感應(yīng)到中壓側(cè)和高壓側(cè)，以達(dá)到保持60 s；再將試驗(yàn)電壓降低到試驗(yàn)規(guī)程或反事故措施所要求的試驗(yàn)電壓。試驗(yàn)時(shí)采用具有平衡式等電位屏蔽結(jié)構(gòu)的電容式分壓器即交直流兩用數(shù)字高壓表對(duì)被試變壓器低壓側(cè)兩端的電壓進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)視。

根據(jù)《山西省電力公司電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（2006年版）的規(guī)定，變壓器局部放電試驗(yàn)的加壓程序如圖1所示，Um為其高壓側(cè)的最高運(yùn)行電壓。首先把試驗(yàn)電壓升高到保持5 min；接著把試驗(yàn)電壓升高到保持5 min；然后把試驗(yàn)電壓升高到全電壓進(jìn)行測(cè)量，保持30 min（110 kV和220 kV） 或60 min（500 kV），并按一定的時(shí)間間隔通常是5 min記錄局部放電的視在電荷量值。

圖1 變壓器局部放電試驗(yàn)的加壓程序

1.3 試驗(yàn)干擾及其抑制

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)油浸式變壓器開(kāi)展局部放電試驗(yàn)時(shí)，存在的干擾主要有以下5種[2]。

a）來(lái)自電源和勵(lì)磁變壓器的干擾。試驗(yàn)工作往往會(huì)受到電焊作業(yè)、共用電源或站用（廠用）變壓器所帶負(fù)荷中的諧波源的干擾，一般采用低通濾波器和屏蔽式電源隔離變壓器抑制電源干擾、采用無(wú)局部放電變壓器降低勵(lì)磁變壓器和耦合電容器內(nèi)部的放電干擾。

b）來(lái)自接地系統(tǒng)的干擾。接地干擾通常以電容耦合的方式進(jìn)入試驗(yàn)系統(tǒng)，嚴(yán)重影響視在放電量的校準(zhǔn)和試驗(yàn)結(jié)果的判斷，一般采用試驗(yàn)回路一點(diǎn)接地和可靠連接接地線的方式進(jìn)行抑制。

c）懸浮電位放電造成的干擾。因?yàn)榫植糠烹娫囼?yàn)的施加電壓較高，試驗(yàn)回路、被試變壓器以及所處環(huán)境中的不接地或虛接地的金屬物體就會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)的懸浮電位，進(jìn)而發(fā)生放電干擾，故此一般采用遠(yuǎn)離不接地的金屬物體、試驗(yàn)帶電部位與周圍不帶電的設(shè)備保持足夠的安全距離或?qū)⒃囼?yàn)儀器的金屬外殼、被試變壓器的套管末屏等相關(guān)物體或元件可靠牢固接地的方法進(jìn)行消除。

d）輻射造成的干擾。試驗(yàn)過(guò)程中，外部的廣播通訊、無(wú)線對(duì)講、移動(dòng)通信等不同頻率的電磁輻射信號(hào)都會(huì)通過(guò)空間直接耦合的方式作用于試驗(yàn)回路形成干擾。一般通過(guò)典型放電的圖譜特征進(jìn)行識(shí)別，并選擇在該類信號(hào)數(shù)量較少和幅值較小的時(shí)間段開(kāi)展試驗(yàn)。

e）電暈放電和接觸放電造成的干擾。當(dāng)試驗(yàn)回路和被試變壓器的帶電導(dǎo)體上存在曲率半徑很小的尖端或連接處接觸不良時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電暈放電和接觸放電，這種干擾往往隨著試驗(yàn)電壓的升高呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。一般采用無(wú)暈的導(dǎo)電圓管以降低高壓引線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度，在被試變壓器套管頂部加裝表面做過(guò)拋光處理的雙環(huán)式或盔帽式鋁合金均壓環(huán)以減小環(huán)體周圍各部位之間的電位差，仔細(xì)排查試驗(yàn)接線以確保接觸良好等技術(shù)措施進(jìn)行抑制。

1.4 狀態(tài)量界定及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

鑒于局部放電試驗(yàn)在變壓器缺陷排查和故障分析中發(fā)揮的重要作用，許多大學(xué)、科研院所和電力運(yùn)營(yíng)企業(yè)均已把該項(xiàng)檢測(cè)手段納入了變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的范疇。以國(guó)家電網(wǎng)公司2017年3月新發(fā)布的《油浸式變壓器（電抗器） 狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》為例，該導(dǎo)則依據(jù)對(duì)設(shè)備性能和安全運(yùn)行的影響程度把狀態(tài)量分為一般狀態(tài)量和重要狀態(tài)量，依據(jù)單項(xiàng)狀態(tài)量扣分和部件合計(jì)扣分把變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果分為正常、注意、異常和嚴(yán)重4種狀態(tài)?；诰植糠烹娫囼?yàn)的狀態(tài)量界定及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，該狀態(tài)量為重要狀態(tài)量，當(dāng)狀態(tài)量符合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，變壓器本體評(píng)價(jià)結(jié)果為異常狀態(tài)。

表1 基于局部放電試驗(yàn)的變壓器狀態(tài)評(píng)價(jià)條款

隨著電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修體系建設(shè)的不斷推進(jìn)和資產(chǎn)全壽命周期管理的深入開(kāi)展，基建、技改設(shè)備投運(yùn)后的首次評(píng)價(jià)已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的重要組成部分。狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則只把運(yùn)維檢修階段使用的Q/GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》列入了規(guī)范性引用文件，并沒(méi)有對(duì)此做出相應(yīng)的規(guī)定，所以對(duì)于局部放電試驗(yàn)應(yīng)將變壓器出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果作為新設(shè)備首次評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來(lái)源，而以國(guó)家能源局《防止電力生產(chǎn)安全事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》 （2014年版） 和《山西省電力公司電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》 （2006年版）作為判斷試驗(yàn)是否合格和設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)定級(jí)的依據(jù)。

2 局部放電試驗(yàn)應(yīng)用實(shí)例

以山西電網(wǎng)某新建500 kV變電站ODFS-334000/500型變壓器局部放電交接試驗(yàn)為例進(jìn)行分析。當(dāng)施加的試驗(yàn)電壓升高到188 kV時(shí)，可通過(guò)多通道數(shù)字式綜合分析儀觀測(cè)到局部放電信號(hào)，高壓側(cè)和中壓側(cè)的測(cè)量值分別為8400 pC和680 pC；繼續(xù)加壓時(shí)，放電次數(shù)增加，而放電量的連續(xù)水平?jīng)]有明顯變化，其熄滅電壓為193 kV。分析發(fā)現(xiàn)，高壓側(cè)和中壓側(cè)的局部放電圖譜響應(yīng)波形相似，相位接近，幅值比例與傳遞系數(shù)一致，推斷可能存在懸浮電位放電干擾。

在對(duì)試驗(yàn)回路、架構(gòu)出線、均壓環(huán)、接地線等進(jìn)行逐一檢查后排除外部因素的干擾；確認(rèn)被試變壓器鐵芯、夾件和末屏以及套管式電流互感器二次端子有效接地，對(duì)其開(kāi)展紫外成像檢測(cè)發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)和中壓側(cè)套管法蘭盤(pán)與升高座有表面放電，原因在于兩者僅通過(guò)螺栓連接，缺少連接線，從而造成法蘭盤(pán)無(wú)法可靠接地，在加壓時(shí)便會(huì)產(chǎn)生懸浮電位放電。采用銅絲把法蘭盤(pán)和升高座進(jìn)行臨時(shí)短接，重新進(jìn)行試驗(yàn)，高壓側(cè)和中壓側(cè)的局部放電量分別為85 pC和87 pC，滿足試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的不大于100 pC，且與出廠試驗(yàn)結(jié)果相比偏差不大；同時(shí)對(duì)變壓器設(shè)計(jì)和制造單位提出改進(jìn)要求，在套管法蘭和升高座之間加裝軟連接線，以避免投切時(shí)可能出現(xiàn)的火花放電和電弧灼傷，導(dǎo)致變壓器密封破壞和油質(zhì)劣化。

3 結(jié)論

隨著電力設(shè)備管理要求的提高和運(yùn)維檢修經(jīng)驗(yàn)的積累，局部放電試驗(yàn)在變壓器隱患排查、故障診斷和狀態(tài)評(píng)價(jià)中的研究和應(yīng)用等方面都取得了良好的效果。對(duì)于試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的各類問(wèn)題，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)全面落實(shí)電力反事故措施，將變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)的相關(guān)缺陷及時(shí)納入設(shè)計(jì)選型審查；在招標(biāo)階段，嚴(yán)格規(guī)范全流程監(jiān)管，防止惡意低價(jià)競(jìng)標(biāo)導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題；在制造階段，應(yīng)加強(qiáng)重要工序的駐廠監(jiān)造和關(guān)鍵試驗(yàn)的過(guò)程監(jiān)督；在基建階段，應(yīng)深化大型試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證和變壓器材質(zhì)抽檢，并提出明確的整改意見(jiàn)和落實(shí)期限，確保變壓器無(wú)故障投運(yùn)和安全穩(wěn)定運(yùn)行。