某高壓廠用變壓器繞組絕緣低的分析及診斷

于凱 薛松 袁飛帆 王鵬

摘要：某1030MW火電機組高廠變例行預防性試驗時，工頻耐壓試驗結果不合格。文章對變壓器繞組及引線的主絕緣進行了闡述，分析了絕緣薄弱點，并結合預防性試驗的結果推斷故障可能發生在繞組引線與鐵軛或夾件之間，對變壓器進行解體后發現，低壓側1分支B相尾端引線已觸碰到鐵芯夾件，油隙較小，耐壓試驗時超過變壓器油的擊穿電壓。

關鍵詞：變壓器；工頻耐壓試驗；絕緣間隙；引線；塑形處理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM405 文章編號：1009-2374（2016）10-0140-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.069

預防性試驗是電力設備技術監督工作中的重要一環，可以及時發現設備隱患，預防事故發生和設備損壞。作為發電廠重要設備的高壓廠用變壓器，廠用電壓等級（10kV/6kV）的預防性試驗項目主要有直流電阻、絕緣電阻、吸收比或極化指數、直流泄露電流、繞組連同套管的介質損耗、交流耐壓試驗、鐵心對地絕緣電阻等。進行上述試驗時，先進行絕緣電阻、直流泄露電流、繞組連同套管的介質損耗等非破壞性試驗，試驗合格后進行交流耐壓試驗。交流耐壓試驗是最直接的考核主絕緣帶電部位對接地部位之間、不同繞組之間絕緣強度最有效的方法，通過它可以發現絕緣結構在制造過程存在的嚴重缺陷。DL/T 596規定10kV及以下變壓器1～5年進行例行交流耐壓試驗?，F場中一般以交流耐壓試驗的結果作為設備是否能夠投運的依據。

1 經過

某1030MW火電機組#1高廠變為SFF10-CY-78000/27型分裂繞組變壓器，無載調壓方式，額定電壓為27/10.5kV。2015年消缺性修理后進行了預防性試驗，試驗記錄如表1所示：

如表1所示，該高廠變高壓側、低壓側2分支各項試驗合格。低壓側1分支的非破壞性試驗均合格，但在進行外施交流耐壓試驗時，試驗電壓升至12kV（目標電壓18kV）時耐壓設備跳閘，耐壓后2500V絕緣電阻表測試絕緣電阻仍為16000/10000MΩ（R60s/R15s）。檢查接線及耐壓設備無誤后進行第二次耐壓試驗，在電壓升至4kV時設備跳閘，2500V絕緣電阻表測試絕緣降為15MΩ，10kV絕緣電阻表和5kV絕緣電阻表測試絕緣電阻下降為零，再次用2500V絕緣電阻表測試絕緣下降為0.86MΩ，判斷這時絕緣已擊穿。

2 原因分析及處理

變壓器故障原因較為復雜，比如設計不合理，材料質量不良，工藝不佳，運輸、裝卸和包裝不當，現場安裝質量缺陷，運行過負荷或操作不當，維護管理不善或不充分，雷擊或動物危害等。在參考文獻[2]對240臺經內部檢查證實的變壓器故障原因統計結果中，繞組及引線出現的故障有引線接頭燒熔發生電弧、引線對油箱或夾件放電、火花放電、繞組墊塊與圍屏發生樹枝狀放電等，其中引線對接地構件放電的原因有引線彎曲部分距離接地件太近、引線絕緣進水受潮、操作過電壓等。該變壓器正常運行時色譜分析結果無異常，預防性試驗時非破壞性試驗合格，耐壓試驗升至12kV電壓下擊穿，可以基本判定變壓器擊穿前無故障，由于繞組或引線的絕緣強度不足，在高于工作電壓的試驗電壓下對地擊穿。

繞組的主絕緣分為繞組相間或高低壓間絕緣、繞組對鐵芯柱絕緣、繞組端部對鐵軛間絕緣、繞組對油箱間絕緣，繞組對地擊穿可能發生在繞組與鐵芯柱之間、繞組端部與鐵軛之間或者繞組與油箱之間。其中，繞組與鐵芯柱之間的電場是同軸圓柱電場，屬于稍不均勻電場，絕緣采用油隔板結構，擊穿電壓較高；繞組端部與鐵軛間的電場是尖對尖、尖對板電場，屬于極不均勻電場，擊穿電壓較低，為了改善電場分布，一般加裝靜電板；繞組對油箱間的電場屬于稍不均勻電場，以變壓器油為主要絕緣介質。引線主絕緣分為相間引線絕緣、引線對地絕緣。為減小變壓器體積和重量，電壓等級較低的高壓引線外通常包裹一定厚度的絕緣層以降低油隙中電場強度，電壓等級較高的引線還要加設絕緣隔板或屏蔽層。引線主絕緣中，不同相引線之間的電場是板對板稍不均勻電場，擊穿電壓較高，但引線對鐵軛、油箱等接地件是尖對尖的極不均勻電場，擊穿電壓較低。引線對地絕緣擊穿的部位可能發生在引線與夾件之間。該型號變壓器的低壓側為分裂繞組上下布置，1分支在變壓器下側，繞組引線經過外聯母排從變壓器上側引出，外引部分較長，擊穿部位最有可能在繞組引線與鐵軛或夾件之間。

變壓器放油后，技術人員進入變壓器內部檢查，通過測量絕緣電阻發現低壓側1分支B相引線處有放電聲音。變壓器鐵芯被吊出后，發現低壓側1分支B相尾端引線（圖1中左側引線）外絕緣（瓦楞紙）已觸碰到鐵芯夾件，沒有足夠的油隙，對引線的絕緣造成了很大的影響。變壓器引線對夾件的絕緣包括絕緣紙和變壓器油，屬于油-油紙結構。對于10kV等級的引出線，一般在繞組端頭附近包裹以適當厚度的絕緣紙，并使引線離繞組稍遠些。絕緣紙由未漂硫酸鹽纖維素制成，單層厚度在0.3～0.4mm之間，經干燥并浸漬變壓器油后，皺紋絕緣紙可達到2.5kV/層（國產），變壓器油經過充分過濾后的擊穿電壓可以達到60kV/2.5mm。在工頻電壓的作用下，不同絕緣材料中的電場強度與相對介電常數成反比。變壓器油和浸油絕緣紙的相對介電常數分別為2.2、3.5，油的絕緣強度弱于油紙，因此變壓器油是油-油紙絕緣結構中的薄弱點，B相尾端引線油隙的減小使其絕緣強度下降。同時，變壓器運行時，繞組中負荷電流的熱效應會使絕緣紙溫度升高，變壓器油可以進行散熱。但是油隙減小導致散熱效果下降后，熱的作用使絕緣紙的纖維素降低，絕緣強度下降。另外，引線與夾件上金屬構件間的電場屬于極不均勻電場，電場狀況較差。在上述因素的共同作用下，B相尾端引線絕緣在耐壓試驗時

擊穿。

進一步檢查發現：低壓側1分支A相尾端引線距離夾件有一定的間隙，B、C相尾端引線較A相長，C相尾端引線經過側向偏移等塑形處理距離夾件也有一定的間隙，但B相沒有經過合適的塑形處理。由于外聯母排的位置已固定，所以其引線外絕緣觸碰到鐵芯夾件。隨后，廠家將原有絕緣紙撕下，將引線向側向適當延展，和夾件間留出一定的絕緣間隙，并更換了新的絕緣紙。處理后，2500V絕緣電阻表測試絕緣電阻為6000/4000MΩ，耐壓試驗也通過。

3 結語

變壓器是強電場的電力設備，內部結構復雜，繞組端部對鐵軛、引線對夾件的電場屬于極不均勻電場，對絕緣水平要求高，制造過程中應嚴格按照工藝標準進行。變壓器油兼具絕緣和散熱的作用，因此不同電位部位之間應留有一定的絕緣間隙。運行維護人員應根據規程和設備運行狀況進行預防性試驗，及時發現設備缺陷。本文對變壓器繞組及引線的主絕緣進行了闡述，分析了絕緣薄弱點，并結合預防性試驗的結果判斷絕緣故障的可能發生部位，對變壓器維護和檢修工作提供了一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 鐘洪壁，等.電力變壓器檢修與試驗手冊[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2] 操敦奎，等.變壓器運行維護與故障分析處理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3] 謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.

作者簡介：于凱（1982-），男，河南平頂山人，中電投河南電力有限公司技術信息中心工程師，碩士，研究方向：發電廠電力設備絕緣監督、故障診斷等。

（責任編輯：周 瓊）