一起220 kV變壓器局部放電異常的分析與處理

伊 鋒，張 廷，梁 健，高志新，孫承海

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250001；3.國網(wǎng)智能科技股份有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，交直流輸電工程不斷落地，變壓器在電力輸送中的重要性也顯著提高，然而，因變壓器質(zhì)量良莠不齊，部分變壓器會(huì)有故障發(fā)生，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱憂。局部放電試驗(yàn)是變壓器現(xiàn)場交接試驗(yàn)最為重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，在現(xiàn)場能有效解決常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目無法發(fā)現(xiàn)的因各種原因造成的變壓器內(nèi)部絕緣損傷。局部放電雖然能量相對較小，但對于絕緣材料的危害呈幾何式增長，加上累積效應(yīng)，最終導(dǎo)致絕緣擊穿，破壞電網(wǎng)的安全運(yùn)行。大量實(shí)例表明，變壓器內(nèi)部故障多數(shù)是由局部放電引起的。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對不同種類的變壓器故障提供了一些檢測方法。文獻(xiàn)［1］對變壓器局部放電測試影響分析進(jìn)行研究，完成了對各個(gè)可能影響局部放電的因素進(jìn)行了修訂。文獻(xiàn)［2］對特高壓泉城主變壓器現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)［3］提供了變壓器試驗(yàn)技術(shù)，對各種試驗(yàn)方法進(jìn)行了闡述。雖然上述研究對變壓器試驗(yàn)進(jìn)行了分析，但未有文獻(xiàn)考慮提供變壓器故障后的處理過程。

結(jié)合一起220 kV變壓器局部放電超標(biāo)進(jìn)行綜合診斷，對于類似局部放電超標(biāo)診斷及檢修處理具有一定參考意義。

1 故障概況

某發(fā)電廠進(jìn)行變電站技術(shù)提升，使用一臺(tái)新的變壓器。型號(hào)為SZ10-100000 ∕220，額定電壓為（230±8×1.25%）∕20 kV，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為YNd11。

根據(jù)國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求［4］，局部放電測量時(shí)高壓側(cè)電壓為，此時(shí)，低壓側(cè)電壓為31.6 kV。在測量電壓下，B、C 兩相放電量均小于100 pC，但在對A 相進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)?shù)蛪弘妷涸?3 kV左右時(shí)，開始出現(xiàn)放電信號(hào)，在測量電壓下，A 相局部放電量為600 pC，不滿足試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)不合格［4-6］。以A 相為例，試驗(yàn)接線如圖1 所示。其中，Vs為局部放電試驗(yàn)電源（450 kW 變頻電源），T為試驗(yàn)變壓器，Tr 為被試變壓器，Pm 為無局部放電分壓器，Vp 為峰值電壓表，PD 為局部放電測試儀，Z為測量阻抗。

圖1 試驗(yàn)接線

2 故障分析

2.1 外部排查

首先對可能存在的干擾進(jìn)行排查［5-8］：

1）對變壓器再次進(jìn)行充分放氣；

2）對分接開關(guān)進(jìn)行多次操作，排除開關(guān)接觸不良；

3）對所有的套管末屏、TA 二次短接、變壓器周圍試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)問題；

4）重新對該變壓器B 相進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，試驗(yàn)合格，排除試驗(yàn)設(shè)備的干擾。

排查后，可基本排除外部干擾造成局部放電超標(biāo)的可能，重新升壓試驗(yàn)，A相局部放電量仍為600 pC，由此初步判斷變壓器絕緣存在缺陷。

2.2 內(nèi)部診斷

完成外部排查之后，再次進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，試驗(yàn)前對變壓器進(jìn)行了傳遞比校準(zhǔn)，如表1所示。

表1 試驗(yàn)前傳遞比校準(zhǔn)

試驗(yàn)中在低壓側(cè)增加了無局部放電耦合電容，增加了對低壓側(cè)局部放電量的監(jiān)測。在低壓側(cè)電壓升至23 kV 時(shí)出現(xiàn)放電信號(hào)，放電現(xiàn)象、放電波形與之前試驗(yàn)相吻合。電壓從出現(xiàn)局部放電電壓23 kV 升至測量電壓31.6 kV 過程中，高壓側(cè)局部放電量隨電壓升高而增大，持續(xù)測量60 min后，放電量高壓為600 pC，低壓130 pC，基本符合傳遞比規(guī)律，且低壓側(cè)局部放電量符合技術(shù)協(xié)議要求。判斷局部放電位置處于高壓側(cè)。

2.3 支撐法定位

為進(jìn)一步確定故障位置，將試驗(yàn)接線方式改為支撐法接線，進(jìn)行故障電氣定位［2-7］。以A 相為例，支撐法試驗(yàn)接線如圖2所示。

圖2 支撐法試驗(yàn)接線

支撐法試驗(yàn)主要作用是保持高壓端在局部放電試驗(yàn)電壓，同時(shí)降低匝間電壓。以本臺(tái)變壓器為例，改為支撐法試驗(yàn)時(shí)，高壓側(cè)在測量電壓209.8 kV 時(shí)，低壓側(cè)電壓為正常試驗(yàn)電壓的2∕3，即2∕3×31.6=21.1（kV）。

將支撐法試驗(yàn)結(jié)果與正常接線法試驗(yàn)結(jié)果對比，如表2所示。

由表2 可知，支撐法接線方式下，低壓側(cè)電壓為14.5 kV 時(shí)，高壓出現(xiàn)局部放電信號(hào)；正常接線方式下，低壓側(cè)電壓為23 kV時(shí)，高壓出現(xiàn)局部放電信號(hào)。支撐法接線方式下，低壓側(cè)電壓為21.1 kV 時(shí)，高壓側(cè)達(dá)到測量電壓，高壓側(cè)局部放電量為600 pC左右，此時(shí)低壓側(cè)電壓還未達(dá)到正常接線時(shí)開始出現(xiàn)局部放電時(shí)的電壓。綜上可知，局部放電現(xiàn)象出現(xiàn)與否與高壓端電壓有關(guān)，與匝間電壓無關(guān)，排除匝間故障因素，結(jié)合局部放電圖形，與典型絕緣材料放電波形相似，如圖3 所示，明確故障點(diǎn)位于繞組首端及高壓引線附近。

表2 正常接線與支撐法接線試驗(yàn)結(jié)果

圖3 高壓放電波形

2.4 檢查驗(yàn)證

對變壓器進(jìn)行放油檢查，重點(diǎn)檢查A 相高壓首端引線附近絕緣層，未發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)，用絕緣材料對此處重新處理后抽真空注油。靜置48 h后進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，試驗(yàn)過程與第一次結(jié)果相同，B、C 兩相局部放電量小于100 pC，A 相局部放電量為600 pC，試驗(yàn)不合格，處理位置不正確。

3 綜合分析及試驗(yàn)驗(yàn)證

1）根據(jù)上述故障分析，依次排除了變壓器外部干擾、低壓側(cè)存在故障點(diǎn)的因素；

2）支撐法明確故障點(diǎn)在高壓首端，放油檢查后，未能在A 相發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，重新處理絕緣后，試驗(yàn)與第一次結(jié)果相同。可以判斷故障點(diǎn)未在高壓首端引線附近或處理位置不正確；

3）試驗(yàn)后油樣結(jié)果正常，可以初步排除變壓器內(nèi)部絕緣缺陷；

4）該變壓器高壓套管是玻璃鋼干式變壓器套管，如圖4 所示，其制造工藝相對嚴(yán)格，容易產(chǎn)生問題。

圖4 玻璃鋼干式變壓器套管

綜合以上幾點(diǎn)，疑似點(diǎn)在高壓套管，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，再次對變壓器放油檢查，同時(shí)，將變壓器A、C兩相高壓套管對換。

靜置48 h 后再次進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，A、B 兩相局部放電量小于100 pC，C 相局部放電量為600 pC。按照支撐法再次進(jìn)行定位，C 相試驗(yàn)現(xiàn)象、局部放電波形與第一次A 相試驗(yàn)相似，充分證明故障點(diǎn)分析正確，該故障點(diǎn)位于變壓器高壓套管。新套管安裝后再次進(jìn)行試驗(yàn)，三相局部放電量均小于100 pC，試驗(yàn)合格。

4 結(jié)語

變壓器高壓首端絕緣缺陷是變壓器局部放電故障常見現(xiàn)象，以往出現(xiàn)類似問題時(shí)，往往朝變壓器內(nèi)部絕緣方向考慮，忽略了出線套管的影響。以220 kV變壓器試驗(yàn)時(shí)局部放電超標(biāo)的分析與處理過程為例，給出了外部排查、內(nèi)部診斷及支撐法等判斷方法，提出了對調(diào)套管的驗(yàn)證方案，為以后處理類似情況提供了一套完整的處理方案，大大縮短了現(xiàn)場處理工期，為今后現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)異常分析提供一定的參考價(jià)值。