超高壓大容量變壓器器身含水量超標及處理措施

摘要：本文針對大型水電站超高壓變壓器常見的絕緣受潮問題進行分析，提出了有效方案，以便共同探討研究。

關鍵詞：水電站；變壓器；絕緣受潮；措施方案

Abstract：In this paper，the common insulation dampness problem of the EHV transformer is analyzed，and an effective scheme is put forward to discuss the research.

Key words：Hydropower；Transformer；Insulation damp；Measures plan

一、引言

隨著我國電力能源開發步伐的加快，一大批水利水電工程相繼開工建設。從三峽、錦屏、瀑布溝、白鶴灘地等大型水電站工程的來看，水電系統呈現容量大、電壓等級高、可靠性要求高的特點。

超大型水電站一般地處偏僻的高山峽谷區，地形條件復雜，交通運輸設施和條件惡劣，受運輸限制，大型水電工程和變電站工程的變壓器采用了分相組裝式和現場組裝式等，通過解體或分相運輸，減小單件運輸的尺寸和重量。解體運輸后的組裝工作對工藝要求和質量把控更加嚴格，其內部元件暴露在環境中的時間更久，組裝過程中粉塵、濕度控制更加艱難，容易發生大概率的絕緣受潮事件。

本文就是針對大型電站現場組裝式變壓器絕緣受潮問題，結合實際提出有效措施和方法，保障電站建設的順利和安全。

二、背景及原因

因大多數水電站都是攔河而建或者近距離引水而建，這些江河多數處于地區偏遠的大山深處，交通十分不便利，有些水電站只能通過三級及以下的公路與外界連通。隨著電力系統高電壓、大容量趨勢的發展，涌現出一大批超大型水電工程，超大型水電站一般地處偏僻的高山峽谷區，地形條件復雜，交通運輸設施和條件惡劣，因此機電設備重大件運輸方案是電站設計初期重要的研究課題之一，超大型水電站機電設備重大件包括：水輪機轉輪、主變壓器、橋機主梁、主軸、轉子中心體、轉子支架扇形體、上機架中心體和下機架中心體、定子機座以及水輪機頂蓋、座環等，而主變壓器是運輸的一個重要環節。以三峽為例，三峽SFP-840MVA/500kV主變壓器，其長8米，寬3.5米、高5米、重390噸，其運輸尺寸和重量已超過三級公路運輸界限。

受運輸限制，大型水電工程和變電站工程的變壓器采用了分相組裝式和現場組裝式等，通過解體或分相運輸，減小單件運輸的尺寸和重量。這就給大型變壓器解體或分相運輸至電站后的組裝工藝提出了高標準的要求。相對于分相組裝，解體運輸后的組裝工作對工藝要求和質量把控更加嚴格，其內部元件暴露在環境中的時間更久，組裝過程中粉塵、濕度控制更加艱難，容易發生大概率的絕緣受潮事件。因此本文以現場組裝變壓器為例，討論闡述受潮處理的方法和工藝。

一般大型變壓器解體運輸單元包括：油箱、鐵心、上鐵軛、整體線圈、開關、引線、鐵心上夾件等。為保證各“運輸單元”安全可靠的運輸，要根據運輸單元的不同采取相應的包裝運輸方式，并在主要部件的運輸箱上安裝三維沖擊記錄儀，實時對運輸情況進行監控。

主變運輸到位后大致要經過下節油箱就位、鐵心拼裝、整套線圈套裝、插上鐵軛、裝上夾件、開關安裝、引線連接、扣上節油箱、進行半成品試驗、抽真空、充氮、抽真空、真空注油、熱油循環、試驗、充氮排油、試漏、運輸就位、排氮內檢、可卸式引線及套管安裝、油枕冷卻器及管路附件安裝、抽真空、真空注油、熱油循環、油樣化驗、靜置排氣、交接試驗、試運等約28道工序才能順利投入使用。其周期長達100天左右。

因現場干燥條件有限，現場組裝過程中要高度重視器身絕緣件的防潮與干燥，盡量減少器身露空時間。器身本體暴露總時間控制在2天。為保證器身絕緣件含水量達到要求，要在現場安裝后要對器身進行徹底的干燥處理。根據實踐經驗，組裝過程中采用過程控制、抽真空注氮、熱油循環相組合的方法來實現對水分的有效控制，使絕緣件的含水量控制在0.7%以內。但即便如此，水電項目現場環境參差不齊，多數水電項目處于山區，濕度大、溫差大，加之長周期，不可避免的發生受潮，嚴重導致主變絕緣不過關，輕則導致局放量超標。下面以某電站主變絕緣受潮工藝處理為例，介紹如何有效去潮確保主變合格。

三、事件診斷及措施

某水電站主變（型號：SSP-72.3萬kW/500kV）在現場組裝完成后，進行交接驗收試驗時，高壓C相局部放電量不合格，具體局放量如下：

低壓側電壓加至13千伏（0.65倍）時起始，高壓局放量為350PC。電壓加至 1.1倍時，高壓局放量為450PC。電壓加至1.5倍時，高壓局放量為489PC，最后穩定在500-600 PC之間。電壓降至7.2千伏（0.36倍）時熄滅。

針對此情況，現場對變壓器進行長時（20天）熱油循環、抽真空處理后進行局放復試，局部放電試驗結果得到了明顯改善，放電量170-220pC符合國家標準，但高于合同標準及規范小于100pC的要求，具體情況如下：

低壓側電壓加至18.5千伏（0.9倍）局放量為180PC，電壓加至1.1-1.7倍時，局放量穩定在170-220PC之間，電壓降至8千伏（0.4倍）時熄滅。

項目公司組織專家對C相前后兩次局部放電試驗結果進行分析，器身經過熱油循環、抽真空處理后的局部放電得到了明顯的改善，1.1-1.7倍電壓放電量合格，為170-220pC，放電量比第一次局放500-600pC小了近3倍，起始電壓也提高了很多，局部放電量170-220pC符合國家標準，但高于合同標準及規范小于100pC的要求。分析原因為：采用熱油循環加熱的方法，使主變油溫度能達到50℃左右，經過長時循環，主變油侵入絕緣件內部并帶走水分，因此局放量得到控制和改善，但仍未達到合格要求。從局放波形觀察，局放量未隨電壓升高急劇加大，且局放量未隨加壓時間延長而增大，可以推測排除金屬放電和絕緣劣化引起的局放超標。因此，可以排除絕緣受損或鐵件脫落、鐵件松脫等故障引發的局放超標。從局放量降低的趨勢可知，引發原因基本是受潮所致，但熱油循環無法徹底拔掉濕氣，可以推斷受潮部位在變壓器本體內部深處，基本定位于繞組內部。針對此情況，采用內部加熱比利用外部加熱油溫效果更好。結合該行業內的繞組加熱方法，低頻交流加熱效果比直流加熱好，既可以防止磁飽和，又能使電流大部分做有效功，促使線圈發熱。經測算，利用低頻加熱法溫度可加到80℃以上，對絕緣件的干燥效果要好很多倍。

采用本低頻電流短路法的加熱方式，此加熱功率相對于相同功率的濾油機而言，加熱速度將快得多，并且自內而外進行加熱，發熱相對均勻。經過繞組加熱并配合熱油循環有效的達到了去除潮氣的目的，該主變經局放復試全部合格，1.5倍額定電壓下的局放量已低于100pC，介于80-90pc之間，效果顯著！

四、注意事項：

1、加熱期間，濾油機需一直開啟。起始加熱階段，可開啟加熱功能共同加熱，以提高加熱效率。

2、加熱期間，被加熱變壓器循環油泵需至少開啟兩臺（水冷裝置不開啟），以促進變壓器內部絕緣油循環，避免局部過熱。如被加熱變壓器存在多組散熱裝置，建議逐臺開循環油泵（始終有一臺油泵開啟），確保內部油流相對均勻，循環加熱徹底，不存在死角。

3、加熱期間，定時監測變壓器頂層油溫，嚴防過度加熱溫升太高裂解絕緣油。

4、加熱到預期溫度后，通過減小加熱電流，降低功率來維持規定的時間。或關閉加熱裝置，僅開啟真空濾油機來維持。

五、結束語

筆者通過工程實踐，將大型水電變電工程現場組裝式變壓器受潮引發的絕緣降低或局放超標問題向讀者進行闡述討論。變壓器受潮是較難以解決的問題，動輒就要解體返廠處理，給工程進度和成本控制帶來不利，針對此類問題要認真分析試驗數據，通過試驗分析受潮部位是表面還是深部，要對癥下藥方能取得預期效果。

作者簡介：郭忠敏（1986-）男，就職于四川大唐國際甘孜水電開發有限公司。endprint