220 kV電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電檢測(cè)技術(shù)及案例分析

摘要：在整個(gè)電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)用到各種各樣的電力變壓器，故電力變壓器的穩(wěn)定工作，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著舉足輕重的影響。絕緣套管作為電力變壓器的重要構(gòu)件之一，在電力變壓器日常操作保養(yǎng)時(shí)應(yīng)著重注意。鑒于此，詳盡介紹了一起電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電故障的檢測(cè)與處理，通過采用油色譜分析測(cè)試、介質(zhì)損耗試驗(yàn)及解體檢查等多種專業(yè)技術(shù)手段，最終確定電力變壓器低壓側(cè)套管內(nèi)部電容芯移位的設(shè)備主因，避免了事故進(jìn)一步擴(kuò)大，造成重大的人身財(cái)產(chǎn)安全事故，同時(shí)也為后續(xù)電力變壓器低壓側(cè)套管引線結(jié)構(gòu)改進(jìn)及運(yùn)行維護(hù)提供了參考意見及建議。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;絕緣套管;油色譜分析;介質(zhì)損耗試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671-0797（2024）19-0085-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.19.020

0 引言

在電力變壓器日常運(yùn)行過程中，其絕緣套管長期通過負(fù)載電流，而長期的過負(fù)荷運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致絕緣材料的絕緣性能下降，嚴(yán)重影響電力變壓器使用壽命[1-3]。因此，對(duì)電力變壓器套管的日常觀察、保養(yǎng)維護(hù)尤為重要，因?yàn)榻^緣套管的安全穩(wěn)定運(yùn)行不僅對(duì)電力變壓器的安全運(yùn)行有著重要影響，同樣也對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

1 電力變壓器套管故障檢測(cè)技術(shù)分析

最近幾年，隨著電網(wǎng)的智能化普及率升高，智能化檢測(cè)技術(shù)逐漸興起，并廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)景。電力變壓器套管故障檢測(cè)方法主要有振動(dòng)檢測(cè)、光譜檢測(cè)、油色譜分析、聲學(xué)檢測(cè)、紅外和熱成像檢測(cè)、無損檢測(cè)、鐵譜檢測(cè)等[4-5]。目前，油色譜分析因其原理簡(jiǎn)單、易操作、檢測(cè)準(zhǔn)確率高等優(yōu)勢(shì)，成為電力變壓器最常使用的故障檢測(cè)技術(shù)之一[6]。油色譜分析通常會(huì)結(jié)合介質(zhì)損耗試驗(yàn)等其他檢測(cè)技術(shù)一起用于電力變壓器故障分析，綜合檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用提高了電力設(shè)備故障分析的準(zhǔn)確率[7]。

在電力變壓器的正常運(yùn)行過程中，內(nèi)部氣體的含量基本都在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。在電力變壓器運(yùn)行過程中，絕緣材料受熱應(yīng)力、電應(yīng)力、催化劑等因素的影響，可在油中產(chǎn)生少量的溶解氣體，通常被稱為“特征氣體”（如CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4等），根據(jù)特征氣體含量的多少，氣體繼電器會(huì)相應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)或動(dòng)作發(fā)出電力變壓器跳閘指令[8-10]。目前油中溶解氣體分析被作為變壓器絕緣狀態(tài)評(píng)估的關(guān)鍵指標(biāo)[11]，因此，定期采集電力變壓器器身各部位的油樣，用氣相色譜分析儀對(duì)特征氣體含量進(jìn)行檢測(cè)分析，可使設(shè)備管理人員根據(jù)特征氣體含量的檢測(cè)結(jié)果對(duì)電力變壓器內(nèi)部的潛在故障進(jìn)行分析，并預(yù)測(cè)故障后續(xù)的發(fā)展情況。電力變壓器油色譜分析的一般步驟如圖1所示。

通常判斷電力設(shè)備絕緣好壞最直接的方法是測(cè)量絕緣電阻，除此之外還可測(cè)量電力設(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)[12]。介質(zhì)損耗試驗(yàn)的原理主要是對(duì)絕緣材料施加交流電壓來檢測(cè)介質(zhì)損耗角正切值（tan δ）和電容值（Cx）兩個(gè)指標(biāo)[13]。

指標(biāo)tan δ主要是電介質(zhì)中有功分量與無功分量的比值，而Cx的降低直接反映為介電損耗因數(shù)的增加，可根據(jù)這兩個(gè)指標(biāo)來判斷絕緣狀態(tài)是否良好[14]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，目前市場(chǎng)上已有專業(yè)的智能化檢測(cè)儀器，可在工頻電壓下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電力設(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)。

2 電力變壓器低壓套管故障基本情況概述

針對(duì)一起我集團(tuán)下屬某公司在C修期間發(fā)現(xiàn)的220 kV電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電缺陷，本文詳細(xì)闡述了其檢測(cè)及后續(xù)處理，主要采用油色譜分析試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)及解體檢查等專業(yè)技術(shù)手段，最終確定電力變壓器低壓側(cè)套管內(nèi)部電容芯移位的設(shè)備主因，避免了事故進(jìn)一步擴(kuò)大，造成重大的人身財(cái)產(chǎn)安全事故。

2024年3月17日，電力集團(tuán)下屬某公司開展220 kV電力變壓器C級(jí)檢修工作，筆者與設(shè)備部電氣專業(yè)工程師負(fù)責(zé)分析各檢查部位、電氣試驗(yàn)項(xiàng)目及相關(guān)檢查工作。3月28日，在電力變壓器檢修工作推進(jìn)過程中，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，無法確定與電力變壓器本體內(nèi)部相連接的低壓側(cè)套管自身絕緣油是否與電力變壓器本體油路相通，僅通過日常維護(hù)及電力變壓器油質(zhì)監(jiān)測(cè)可能無法反映低壓側(cè)套管的真實(shí)狀態(tài)，經(jīng)咨詢電力變壓器生產(chǎn)廠家也未能得到有效結(jié)果。之前該公司從未開展過低壓側(cè)套管檢修工作，同時(shí)低壓側(cè)套管從設(shè)計(jì)上來說屬于“不擊穿免維護(hù)”部件，檢修規(guī)程中也無低壓側(cè)套管維護(hù)的具體要求。出于設(shè)備狀態(tài)的實(shí)際情況，本著必須求準(zhǔn)求真、不忽略任何一個(gè)細(xì)節(jié)的態(tài)度，筆者和其他項(xiàng)目組成員將情況匯報(bào)領(lǐng)導(dǎo)，之后確定把電力變壓器低壓側(cè)套管列為額外檢查項(xiàng)目。

3 油色譜試驗(yàn)檢測(cè)情況分析

2024年3月29日，進(jìn)行油樣對(duì)比試驗(yàn)，油色譜試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明低壓側(cè)套管絕緣油與電力變壓器本體油路不相通，并且發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管B相乙炔、總烴氣體含量超標(biāo)，根據(jù)《電力重大安全隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》《工貿(mào)企業(yè)重大事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)》，判斷出電力變壓器低壓側(cè)套管B相可能存在重大隱患，建議進(jìn)一步檢查處理。試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明，低壓側(cè)套管三相含氣量均大于3%;B相C2H2、總烴氣體含量超標(biāo)，H2含量嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析，懷疑B相存在局部放電故障，建議開展介質(zhì)損耗試驗(yàn)，并對(duì)低壓側(cè)套管進(jìn)行解體檢查。

4 介質(zhì)損耗試驗(yàn)和解體檢查情況

為進(jìn)一步查明低壓側(cè)套管B相C2H2、H2和總烴含量超標(biāo)的具體原因，運(yùn)行人員將主變停運(yùn)，檢修人員、試驗(yàn)人員分別對(duì)低壓側(cè)套管進(jìn)行介質(zhì)損耗試驗(yàn)和解體檢查，介質(zhì)損耗試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明低壓側(cè)套管B相的tan δ和電容Cx數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)如表3所示。

因介質(zhì)損耗試驗(yàn)檢測(cè)低壓側(cè)套管A相、C相未見異常，隨后對(duì)電力變壓器低壓側(cè)套管整體進(jìn)行解體檢查，情況如圖2、圖3所示。經(jīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管B相電容芯已出現(xiàn)移位的現(xiàn)象，套管上發(fā)現(xiàn)一個(gè)明顯的放電點(diǎn)，電容芯已被放電電流灼穿，灼穿直徑約為1.3 cm，如圖4所示，其他部件均正常。

對(duì)電力變壓器低壓側(cè)套管進(jìn)行介質(zhì)損耗試驗(yàn)和解體檢查后，故障原因已查明，因公司無電容芯備件，只能采取返廠維修的方式進(jìn)行故障處理。經(jīng)電力變壓器生產(chǎn)廠家緊急處理后，將維修完成的套管發(fā)回公司進(jìn)行回裝，返修出廠前及回裝后各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)均正常。回裝后低壓側(cè)套管油色譜分析試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表4所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明：更換低壓側(cè)套管B相電容芯后，試驗(yàn)各項(xiàng)氣體含量均在正常范圍內(nèi)，經(jīng)該公司總工程師評(píng)估論證，電力變壓器可試運(yùn)行，試運(yùn)行期間各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均正常，可轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行。

5 綜合診斷原因分析

在查明電力變壓器低壓側(cè)套管故障原因后，將出現(xiàn)故障的套管返廠進(jìn)行維修，維修期間經(jīng)與廠家技術(shù)人員交流得知：從現(xiàn)場(chǎng)拆開的套管引線固定結(jié)構(gòu)分析，套管內(nèi)部引線固定方式為采用彈簧壓緊固定，而沒有采用目前焊接固定的方式。電力變壓器安裝投運(yùn)初始接觸良好，經(jīng)過長時(shí)間的持續(xù)運(yùn)行，并受日常振動(dòng)等其他因素的影響，低壓套管B相電容芯逐漸發(fā)生移位，導(dǎo)致末屏引線與銅板之間存在虛接的情況，進(jìn)而造成了引線對(duì)銅板持續(xù)性局部放電現(xiàn)象，低壓側(cè)套管油中乙炔、總烴氣體含量超標(biāo)，氫氣含量嚴(yán)重超標(biāo)，電容芯損壞較為嚴(yán)重，已出現(xiàn)一個(gè)明顯的放電點(diǎn)。電力變壓器生產(chǎn)廠家技術(shù)人員預(yù)測(cè)，如果該電力變壓器繼續(xù)運(yùn)行幾個(gè)月，低壓側(cè)套管很有可能發(fā)生爆炸事故，將嚴(yán)重影響人身財(cái)產(chǎn)和電力系統(tǒng)安全。

6 電力變壓器改造建議

通過對(duì)本次電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電故障的處理，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管引線與銅板連接存在結(jié)構(gòu)上的缺陷，此種缺陷極易引發(fā)低壓側(cè)套管的局部放電現(xiàn)象。據(jù)此提出以下建議供參考：

1）建議電力變壓器生產(chǎn)廠家將套管內(nèi)部引線固定方式由彈簧壓緊固定改為焊接方式。

2）通過走訪及查閱資料發(fā)現(xiàn)，低壓側(cè)套管絕緣油與電力變壓器本體油路不相通構(gòu)造不利于日常的運(yùn)行維護(hù)，建議將兩者連通，將低壓側(cè)套管與變壓器本體油路連通后，可通過對(duì)變壓器本體油質(zhì)的監(jiān)督分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管內(nèi)部的潛在缺陷。此改造方法已在多家電廠電力變壓器中應(yīng)用并證實(shí)可行。

3）油路改造后需注意定期對(duì)電力變壓器開展預(yù)防性試驗(yàn)，并取油樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，以確保油質(zhì)合格。

7 結(jié)束語

本文主要介紹了電力變壓器低壓側(cè)套管故障檢測(cè)技術(shù)，并分享了一個(gè)經(jīng)典的故障案例。故障處理過程中采用了油色譜試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)及解體檢查等專業(yè)技術(shù)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除了電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電故障，提高了電力變壓器運(yùn)行的可靠性。在故障處理過程中，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管引線與銅板連接存在結(jié)構(gòu)上的缺陷，提出了改進(jìn)意見及建議。同時(shí)針對(duì)低壓側(cè)套管運(yùn)行維護(hù)中的不便，建議將低壓側(cè)套管油路與電力變壓器本體油路連通。

綜上所述，電力變壓器低壓側(cè)套管相對(duì)高壓側(cè)套管來說較易受到忽視，且低壓側(cè)套管從設(shè)計(jì)上來說屬于“不擊穿免維護(hù)”部件，檢修規(guī)程中也無低壓側(cè)套管維護(hù)的具體要求，因而其成為檢修和技術(shù)監(jiān)督中的薄弱環(huán)節(jié)。建議各電力企業(yè)大、小修期間都要加大對(duì)低壓套管的維護(hù)力度，做好定期預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在缺陷并及時(shí)處理。

最后，作為電氣專業(yè)技術(shù)人員要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，對(duì)電氣設(shè)備實(shí)際狀態(tài)必須求準(zhǔn)求真，不能忽略任何細(xì)節(jié)，這樣才能為進(jìn)一步提高供電設(shè)備的健康水平及可靠性打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，助力我國能源電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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收稿日期：2024-08-15

作者簡(jiǎn)介：盧真（1993—），男，湖北襄陽人，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。