220 kV變壓器內部放電缺陷的檢測與處理

秦 松 ，李 彬 ，張大偉 ，程祥珍 ，武魯曉

（1.國網山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安 271000；2.國網山東省電力公司寧陽縣供電公司，山東 泰安 271400）

0 引言

變壓器作為電力系統中重要的變電設備之一，其安全穩定運行對電網可靠性至關重要。然而變壓器內部局部放電缺陷潛伏周期較長、放電信號弱且內部電磁信號傳遞模式復雜，目前開展的停電例行試驗雖可以很好地發現變壓器集中性或貫穿性絕緣缺陷，但對于內部局部分布式絕緣缺陷則難以有效檢測、定位和評估。因此，變壓器的帶電檢測技術與應用實踐一直是近幾年來實驗室研究和現場應用關注的焦點。

通過變壓器帶電檢測技術，可以盡早發現變壓器在運行電壓下的故障信息。變壓器油色譜分析診斷技術[1]是目前電力設備油氣監督最行之有效的帶電檢測方法之一，它能準確分析油中溶解氣體的種類、含量及產氣速率，從而判斷變壓器內部是否存在潛伏性故障，并結合超聲波、高頻局部放電等其他帶電檢測手段，來進一步判斷故障的性質、部位和發展趨勢，為其狀態評價和檢修提供依據。

1 故障概況

某220 kV變電站1號變壓器型號為SFPSZ9-150000／220，2000年11月投運，2012年12月返廠完成抗短路能力改造后重新投運，投運前經耐壓、局部放電試驗后本體油色譜數據合格，其中C2H2體積分數為0。2015年7月，對該變壓器進行油色譜檢測時發現油中溶解氣體中出現C2H2，體積分數為2.1 μL／L，隨后對該變壓器開展跟蹤檢測，2016年 3月每月2次取本體油樣進行色譜分析，油樣結果顯示C2H2和總烴體積分數增長趨勢明顯且均超標，部分氣體增長趨勢如圖1所示。對該變壓器進行高頻脈沖及超聲波局放檢測，在高壓側C相中下部、扶梯中下部、有載開關下方檢測到異常信號。

圖1 部分氣體增長趨勢

2 缺陷分析

2.1 油色譜分析

1號變壓器本體油色譜跟蹤檢測數據表如表1所示。從跟蹤檢測數據看，油中各類氣體體積分數在 不斷增長后呈現穩定，特征氣體[2]為 C2H2、CH4、C2H4，穩定后 C2H2和總烴體積分數分別為 27.8 μL／L、289 μL／L。據 GB／T 7252—2001 《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，C2H2和總烴體積分數分別超出注意值4.6倍、0.99倍；計算得絕對產氣速率分別為6.58 mL／d、62.94 mL／d，遠遠大于 0.2 mL／d、12 mL／d的注意值。

表1 變壓器油色譜分析數據 μL／L

根據特征氣體判斷方法，采用改良三比值法對表1數據進行編碼計算如下：

將計算結果與表2數據比對，確定三比值編碼為122，對應的故障類型為變壓器內部有低能量放電兼過熱。由于油樣中CO、CO2含量沒有明顯增長，表明變壓器故障沒有涉及固體絕緣材料，具體放電點和發熱點需進一步檢查。

表2 三比值法編碼規則

2.2 局部放電檢測

2015年11月20日，采用高頻脈沖電流檢測、超聲檢測模式對該變壓器進行局放在線檢測[3]，高頻脈沖電流模式采用高頻脈沖電流互感器，從變壓器鐵芯和夾件接地線、外殼接地線和中性點接地線接收放電信號。超聲波檢測模式將超聲波傳感器吸附在主變壓器的油箱外殼上，接收局部放電產生的超聲波信號，主變壓器各面標記a面、b面、c面和d面，其中變壓器a面和c面每面取上中下3行，每行2個檢測點，b面和d面取上中下3行，每行6個檢測點，共計48個檢測點呈矩陣式排列，如圖2所示。

高頻脈沖信號幅值平穩，波形平滑，在檢測時間段內，未檢測到與局部放電特征相符的異常脈沖信號。超聲波檢測時間段內在a檢測面3號、6號檢測點（有載分接開關下部）與d檢測面15號檢測點（高壓側C相套管下部）位置檢測到明顯超聲波信號，異常檢測數據如表3所示。

2015年12月25日，采用PowerPD多通道局部放電分析儀對該變壓器再次進行局部放電檢測。經過多次周期性檢測，在高壓側C相中下部、扶梯中下部、有載開關下方也檢測到超聲信號，但是未檢測到高頻脈沖電流信號，信號波形及傳感器位置如圖3～5所示。

圖2 主變壓器4面矩陣式排列檢測點

表3 超聲在線檢測異常數據

從兩次的檢測情況看，超聲幅值均在15 dB左右，檢測到的超聲波信號波形近乎相同，都呈現出典型的100 Hz放電頻率特性，正負半周的放電幅值相當，符合懸浮放電的特征。兩次檢測到的位置也近乎相同。

圖3 有載開關下方超聲波信號及傳感器位置

圖4 高壓側C相中下部超聲波信號及傳感器位置

圖5 扶梯中下部超聲波信號及傳感器位置

2.3 檢測結論分析

從油色譜分析和兩次局部放電檢測情況來看，初步判斷主變壓器內部存在放電及過熱，且放電位置靠近高壓側C相中下部，重點傾向于引線對地未固定的部件之間或懸浮電位之間，而過熱點可能為分接開關或引線接觸不良、鐵芯多點接地、渦流或漏磁導致。

3 解體檢修

3.1 吊罩檢查

2016年6月5日，變壓器停電返廠，大修前進行高壓電氣試驗，發現高、中、低壓繞組直流電阻、絕緣和介損均正常，鐵芯、夾件絕緣正常，常規電氣試驗未發現異常，將有載分接開關吊出檢查無異常，套管引線無異常。然而在本體吊罩后發現高壓側下夾件A、B相之間和B、C相之間玻璃纖維拉帶顏色異常，拉帶固定處有明顯玻璃纖維熔化痕跡，如圖6、圖7所示，其中B、C相之間拉帶最為嚴重。仔細檢查，發現下夾件所有金屬螺栓連接固定處均未除漆，如圖8所示。初步分析，由于固定拉帶的螺栓與夾件形成了閉合回路，主變壓器運行時漏磁通穿過這些閉合回路感應出很大的渦流[4]，導致螺栓發熱，并傳導至拉帶。

圖6 A、B相之間拉帶

圖7 B、C相之間拉帶

圖8 下夾件螺栓連接未除漆

對下夾件所有螺栓逐一拆除進行檢查時，發現高壓側B、C相之間橫梁緊固用螺栓的平墊圈上有放電灼傷痕跡[5]，驗證了局部放電檢測時高壓側C相中下部存在異常放電信號的結論。同時對高壓側上夾件進行檢查，發現上夾件上的螺栓固定處均有除漆，表明該變壓器廠家在安裝上、下夾件時未嚴格按照施工工藝標準統一執行，存在嚴重缺陷，導致下夾件上的所有螺栓與下夾件不完全接觸，懸浮于不均勻電場中。

3.2 處理措施

找到故障根源后，將下夾件螺栓連接處的油漆刮掉，并進行打磨，更換新的墊圈。為防止漏磁環流產生，進一步更改拉帶固定方式，每根拉帶由原來的兩只螺栓固定改為一只螺栓，完全固定后通過引線與下夾件連接，如圖9所示。

圖9 更改后的拉帶固定方式

3.3 處理后色譜分析

變壓器檢修后局放試驗合格，2016年6月20日重新投運。經過1個月的油色譜跟蹤檢測氣體指標均正常，檢測數據如表4所示，表明該主變壓器乙炔及總烴含量超標故障分析處理準確，缺陷得到有效解決。

表4 變壓器吊罩處理后油色譜跟蹤數據 μL／L

4 結語

結合油色譜在線監測技術和高頻局部放電、超聲波局部放電等帶電檢測技術實現變壓器內部缺陷的綜合診斷。綜合采用改良三比值分析法、高頻局放信號情況分析和超聲波局放定位技術實現了變壓器內部缺陷的定性和定位分析，并采取返廠解體驗證了檢測結論，有效地避免了一起重大設備和電網事故。所提出的方法正逐步成為變壓器內部缺陷檢測、分析和評估的主要手段，是未來變壓器狀態檢修的主要發展方向。

在變壓器組件的裝配過程中，應嚴格執行生產施工工藝，嚴控工作細節，對重要組件裝配過程中的各個環節均要嚴格把關，加強質量監督，確保生產質量，防止不合格產品投入運行。在變壓器運行過程中，積極開展帶電檢測工作，一旦發現異常應加強跟蹤檢測，并結合油色譜分析、局放檢測、鐵心接地電流檢測等手段進行分析診斷，盡早發現并消除設備缺陷，防止缺陷演變為故障。