變壓器現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)有關(guān)問(wèn)題的分析

谷小博

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

變壓器局部放電（簡(jiǎn)稱(chēng)局放）試驗(yàn)不僅能有效檢查出產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝以及運(yùn)行中存在的問(wèn)題，還能發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部絕緣的缺陷和隱患，是保證設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)行必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。規(guī)程規(guī)定，220 kV及以上電壓等級(jí)的變壓器，在例行試驗(yàn)、交接試驗(yàn)、更換繞組和重要絕緣件以及懷疑變壓器存在放電性故障時(shí)，應(yīng)進(jìn)行局放試驗(yàn)。

2007-2009年間浙江省電力試驗(yàn)研究院高壓所完成主變壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)主變）局放試驗(yàn)共計(jì)105臺(tái)次，其中220 kV主變?yōu)?2臺(tái)次，500 kV主變?yōu)?3臺(tái)次。試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)主變局放異常的共有10臺(tái)次，以下就局放試驗(yàn)中的一些問(wèn)題展開(kāi)討論。

1 變壓器現(xiàn)場(chǎng)局放試驗(yàn)補(bǔ)償容量的估算

1.1 局放試驗(yàn)接線

根據(jù)GB 50150－2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 7354-2003《局部放電測(cè)量》的要求，現(xiàn)場(chǎng)局放試驗(yàn)采用單相接線、逐相加壓的方式，以一臺(tái)三線圈（包括高、中、低壓線圈），聯(lián)接組別為YNyn0d11的主變?yōu)槔囼?yàn)時(shí)分別在低壓加壓，利用主變高壓和中壓套管的主電容作為耦合電容，從測(cè)量屏處抽取信號(hào)測(cè)量局放信號(hào)。試驗(yàn)接線圖如圖1所示。

圖1 局放試驗(yàn)接線圖（以主變A相為例）

由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)電源容量的限制，必須增加感性無(wú)功以補(bǔ)償變壓器的容性無(wú)功分量，然而由于變壓器繞組連同套管的主電容為分布電容，且各點(diǎn)電壓又不相同，因此變壓器的容性無(wú)功分量較難估算。

1.2 容性補(bǔ)償容量的估算

變壓器繞組連同套管的主電容為分布電容，以三繞組變壓器為例，忽略雜散電容影響，如圖2所示。

圖2 變壓器的主電容分布情況

圖2中的鐵芯和外殼在試驗(yàn)時(shí)為地電位。由于各繞組電壓分布和電容分布都不均勻，導(dǎo)致各部分絕緣介質(zhì)的容性電流也不相同，且呈無(wú)規(guī)律分布，這給容性無(wú)功容量的估算帶來(lái)了較大困難，根據(jù)文獻(xiàn)[1]采用積分電流的方法能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的需要。以計(jì)算被試相高壓繞組對(duì)地電容電流為例，忽略雜散電容等影響，積分電流法如圖3所示。

因此被試相高壓繞組對(duì)地電容電流為：

圖3 積分電流方法

其他各部分電流計(jì)算方法類(lèi)似，得到總的容性無(wú)功為：

忽略變壓器低壓側(cè)的無(wú)功，得到簡(jiǎn)便的容性無(wú)功計(jì)算公式為：

以3臺(tái)220 kV主變現(xiàn)場(chǎng)局放試驗(yàn)的容性無(wú)功容量估算為例。主變的主要參數(shù)和試驗(yàn)時(shí)實(shí)際的補(bǔ)償容量見(jiàn)表1。

可以看出，根據(jù)上述公式估算出的補(bǔ)償容量與實(shí)際的補(bǔ)償容量相差不大，誤差均在10%以?xún)?nèi)，能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的需要。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)干擾的判別和抑制

表1 3臺(tái)主變的參數(shù)和實(shí)際補(bǔ)償容量

局放脈沖信號(hào)是一個(gè)快速的放電過(guò)程，與其他電氣試驗(yàn)中的測(cè)量相比，它又是一種弱電現(xiàn)象。如果各種干擾信號(hào)進(jìn)入試驗(yàn)回路，將給測(cè)量帶來(lái)許多困難。特別是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行局放測(cè)量時(shí)，有些干擾幅值和密度都遠(yuǎn)大于變壓器局放信號(hào)，為保證現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的順利完成，必須找出并排除干擾源。

眾所周知，采用脈沖電流法測(cè)量的變壓器局放脈沖信號(hào)，通常顯示在示波屏的李育沙（橢圓）基線上。隨著試驗(yàn)電壓的增加，脈沖的幅值和密度都有所增加，根據(jù)這一特點(diǎn)，可以將部分干擾信號(hào)排除。

2.1 試驗(yàn)加壓前的干擾信號(hào)

在對(duì)某1號(hào)主變進(jìn)行局放試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電源未合閘之前，局部放電測(cè)試儀（簡(jiǎn)稱(chēng)局放儀）圖形上顯示干擾較大。經(jīng)檢查，主變高壓側(cè)架空線上有感應(yīng)電壓，后將架空線接地，干擾消除。此類(lèi)干擾為固定干擾，不隨試驗(yàn)電壓增加而變，較容易排除。處理前后的圖形如圖4所示，左圖為處理前的圖形，右圖為處理后的圖形，以下相同。

圖4 試驗(yàn)加壓前的干擾

2.2 試驗(yàn)電壓較低時(shí)的懸浮放電干擾

對(duì)某發(fā)電廠3號(hào)主變A相進(jìn)行局放試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)電壓加至約50 kV時(shí)，試驗(yàn)人員聽(tīng)到明顯的放電聲，且局放儀顯示局放量異常，停電檢查后發(fā)現(xiàn)B相高壓套管末屏接地未接而懸浮，接地后干擾排除，如圖5所示。 此類(lèi)干擾也容易排除，因?yàn)橐话阕儔浩鹘^緣上的局放不可能在較低電壓下出現(xiàn)，一般這類(lèi)干擾多為末屏接地不良、套管電流互感器二次接地不良等。

2.3 設(shè)備接觸不良引起的干擾

對(duì)某1號(hào)主變進(jìn)行局放試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)電壓加至約130 kV時(shí)，局放儀顯示局放量異常，停電更換測(cè)量阻抗、同軸電纜后干擾依然存在，后排查發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償電抗器與高壓引線接頭處未旋緊，導(dǎo)致接觸不良。處理后干擾排除，如圖6所示。

圖6 設(shè)備接觸不良引起的干擾

在對(duì)某發(fā)電廠1號(hào)主變進(jìn)行局放試驗(yàn)時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)類(lèi)似的放電波形，后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁變壓器與高壓引線的接頭未擰緊，處理后干擾排除。

從以上事例可以看出，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)比較容易排除的是固定干擾、試驗(yàn)電壓較低下的干擾。而試驗(yàn)設(shè)備自身帶來(lái)的干擾較難排除，因?yàn)樗鼈兊牟ㄐ闻c變壓器局放信號(hào)的波形較為類(lèi)似，容易混淆且隨著試驗(yàn)電壓的增加而增加，對(duì)于這類(lèi)干擾一定要認(rèn)真對(duì)待，防止誤判。

3 變壓器局放試驗(yàn)超標(biāo)分析

在對(duì)某1號(hào)主變進(jìn)行局放交接試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)B與C兩相高中壓側(cè)局放量值均小于背景干擾40 pC，放電波形如圖7所示。在對(duì)A相進(jìn)行加壓時(shí)，中壓側(cè)局放量值合格，其放電波形與圖7相同；而高壓側(cè)局放量值超標(biāo)，起始電壓和熄滅電壓分別為100 kV和60 kV，在高壓側(cè)試驗(yàn)電壓為100 kV和200 kV時(shí)的放電量值分別為100 pC和1 000 pC，放電波形（局放儀均已外接同步電壓）見(jiàn)圖8和圖9。被試變壓器高、中壓側(cè)的傳遞系數(shù)約為3∶1。試驗(yàn)后取變壓器油樣進(jìn)行色譜分析，總烴及乙炔均正常。再一次加壓，其試驗(yàn)結(jié)果和放電波形與之前無(wú)差異，而變壓器出廠試驗(yàn)時(shí)三相局放量均為40 pC左右。

根據(jù)以上情況分析認(rèn)為：B與C相局放正常，可基本排除試驗(yàn)電源、測(cè)量系統(tǒng)及外部強(qiáng)電場(chǎng)干擾等問(wèn)題。而根據(jù)被試變壓器高、中壓側(cè)傳遞比的關(guān)系，A相高壓側(cè)局放超標(biāo)導(dǎo)致變壓器內(nèi)部繞組絕緣出現(xiàn)問(wèn)題的可能性不大，且根據(jù)局放波形對(duì)稱(chēng)的現(xiàn)象，可排除內(nèi)部懸浮電位放電的可能。

圖7 B與C兩相局放波形

圖8 試驗(yàn)電壓100 kV下A相的波形

圖9 試驗(yàn)電壓200 kV下A相的波形

綜上分析，原因可能是高壓側(cè)引線與套管連接松動(dòng)、出線絕緣或套管本身的問(wèn)題。對(duì)變壓器進(jìn)行放油處理，發(fā)現(xiàn)A相高壓側(cè)出線絕緣和連接正常，而后將A相高壓側(cè)套管與B相高壓側(cè)套管互換后再次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)更換后的A相局放合格，B相超標(biāo)，其測(cè)試結(jié)果與放電波形分別同更換前的B與A相相同，最后將存在問(wèn)題的套管更換為新套管后，試驗(yàn)全部合格。

4 總結(jié)與展望

變壓器局放試驗(yàn)是考核變壓器絕緣的一項(xiàng)重要試驗(yàn)，相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)也得到了較大的發(fā)展—從測(cè)量局放儀的數(shù)字化，到試驗(yàn)設(shè)備的集約化，再到試驗(yàn)電源的更新?lián)Q代，給現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)帶來(lái)了較大的便利，也大大提高了工作效率。但是有幾點(diǎn)需要注意和思考：

（1）隨著產(chǎn)品材料、工藝技術(shù)的發(fā)展和制造水平的提高，變壓器的局放水平已被控制在較小的范圍之內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，應(yīng)注意套管、高壓引線和其他外絕緣附件的安裝，以避免因此帶來(lái)的局放異常問(wèn)題。

（2）局放試驗(yàn)時(shí)的一些干擾可以首先從試驗(yàn)前的接線處理中得到抑制，如防止感應(yīng)電的影響，局放儀的輸入單元盡可能接近被試變壓器、高壓引線盡量避免尖角、毛刺或懸浮電位的影響，試驗(yàn)接線時(shí)盡量選擇同一點(diǎn)接地等。而對(duì)于試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的干擾要正確區(qū)分固定干擾、電暈干擾、懸浮電位干擾、接地干擾和試驗(yàn)設(shè)備的干擾等。

（3）由于變壓器油中局放信號(hào)的頻率分布可達(dá)1 GHz，空氣中局放約為200 MHz，而目前窄頻帶局放測(cè)量系統(tǒng)的工作帶寬約為10 kHz，寬頻帶系統(tǒng)的工作頻帶也就僅為幾十到幾百千赫茲，在這種工作帶寬下，提取到的局放信息量非常少，不足以反映設(shè)備的局放水平，且在這個(gè)工作頻帶下去除干擾也是難題，所以更寬工作頻帶的局放測(cè)量系統(tǒng)或特高頻測(cè)量技術(shù)是發(fā)展趨勢(shì)。

（4）變壓器局放測(cè)量目的是通過(guò)檢測(cè)到的局放來(lái)判斷變壓器絕緣狀況，但目前還沒(méi)有很好地將局放測(cè)量結(jié)果和變壓器絕緣狀況聯(lián)系起來(lái)。因此，需要更深入地研究局放檢測(cè)結(jié)果與變壓器絕緣發(fā)展程度的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器整體絕緣壽命的評(píng)估和預(yù)測(cè)。

（5）隨著特高壓等級(jí)電網(wǎng)的發(fā)展，特高壓變壓器局放試驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題得到了廣泛關(guān)注和研究。與目前220和500 kV電壓等級(jí)變壓器的局放試驗(yàn)不同的是：試驗(yàn)的電壓更高，試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，對(duì)測(cè)量設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境的要求較嚴(yán)，1 000 kV電壓側(cè)的局放量要求≤100 pC。為此，需要充分準(zhǔn)備好試驗(yàn)方案、試驗(yàn)和測(cè)量設(shè)備，精心測(cè)試，才能取得準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。

[1]白國(guó)興，吳國(guó)良，電力變壓器局部放電試驗(yàn)時(shí)容性無(wú)功的分析與估算[J].江蘇電機(jī)工程，2007，26（1）∶28-31.

[2]GB 50150－2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.