中性點變壓器耐壓試驗未通過的原因分析

徐國華，王梓琪，龔劍超

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 概述

某抽水蓄能電廠共有4臺300 MW機組和4臺360 MVA主變，機端電壓18 kV，機組和主變采用聯合單元接線，主變高壓側額定電壓520 kV，500 kV系統采用內橋接線方式，正常運行方式為500 kV橋開關在合閘位置，500 kV系統合環運行。電廠主接線見圖1。

發電電動機中性點接地變壓器的作用是為中性點不接地的系統提供一個人為的中性點，便于采用消弧線圈或小電阻的接地方式，以降低配電網發生接地短路故障時的對地電容電流大小，提高設備的可靠性[1]。中性點變壓器相關參數如表1。

表1 中性點設備規范

電力設備在運行中，絕緣長期受著電場、溫度和機械振動的作用會逐漸發生劣化，形成缺陷。各種預防性試驗方法，各有所長，均能分別發現一些缺陷，反映出絕緣的狀況，但其他試驗方法的試驗電壓往往都低于電力設備的工作電壓，只有交流耐壓試驗比運行電壓高，因此，交流耐壓試驗是保證中性點變壓器安全運行的一個重要手段，是鑒定其絕緣強度最有效和最直接的方法[2]。本文通過分析一起中性點變壓器耐壓試驗擊穿情況，明確了擊穿原因，驗證了預防性試驗的必要性，也積累了相關經驗。

2 試驗現象及原因分析

2.1 試驗現象

某抽水蓄能電廠2號機結合C級檢修工作進行中性點變壓器預防性試驗。試驗內容為：

（1）繞組絕緣電阻測量。

（2）繞組直流電阻測量。

（3）繞組交流耐壓試驗。

試驗人員確認2號機中性點變壓器高壓繞組尾端接地和低壓繞組引出線已經拆除，現場安全措施滿足試驗條件后，開始試驗。首先進行的是變壓器繞組直流電阻測量試驗和絕緣電阻測量試驗，試驗數據分別見表2和表3，與歷次數據比對后，滿足規程相關要求。

表2 高、低壓繞組直流電阻

表3 絕緣電阻

圖1 主接線圖

之后，試驗人員進行變壓器高壓繞組交流耐壓試驗，準備工作如下：①確認變壓器各繞組引線已斷開，且斷開點有足夠的安全距離，避免外部的影響；②依據該變壓器出廠試驗報告電壓以及相關標準要求[3]確定試驗電壓，本次計劃試驗電壓不高于出廠試驗電壓50 kV的80%，計劃使用36 kV對高壓繞組進行耐壓試驗；③確定電源電壓為220 V，選定的工頻耐壓試驗儀滿足要求，確認試驗儀器工作正常；④將被試高壓繞組接試驗儀器高壓輸出端，非被試繞組（低壓繞組）及鐵心接地，工作負責人核查接線正確，且接地部分牢固可靠；⑤檢查試驗接線準確，儀器儀表和調壓器零位均準確無誤，經工作負責人同意后開始加壓。

試驗人員合上試驗儀器電源，勻速加壓，并監視電壓及電流表指示。在升壓至32 kV時，聽到有異響并觀察到變壓器高壓線圈處有火花，試驗操作人員迅速降壓并切斷電源，對變壓器高壓繞組放電后，立即檢查該變壓器的狀態，發現變壓器外側上部有灼燒痕跡。如圖2所示。

圖2 中性點變壓器故障點圖片

2.2 原因分析

試驗人員對變壓器進行變比測試，儀器試驗電壓為160 V。額定變比是10392/500=20.784，測得變比為20.783，數據符合標準要求。

再次對變壓器進行絕緣電阻測試，測試結果如表4所示。

表4 絕緣電阻

測試電壓為2.5 kV時，無法測出高壓繞組-低壓繞組及地及高壓繞組擊穿點處的絕緣電阻，當測試電壓為1.0 kV時，高壓繞組-低壓繞組及地及高壓繞組擊穿點處的絕緣電阻值為1.76 GΩ。測試接線圖3所示。

圖3 測試接線

從上述試驗結果來看，可以確定中性點變壓器故障點高壓繞組絕緣損壞，擊穿電壓介于1～2.5 kV之間。故障原因分析如下：

（1）中性點變壓器投運12年，絕緣性能降低。

（2）中性點變壓器在進行交流耐壓試驗時僅有故障點一處擊穿，說明故障點處絕緣較其他處不良。

（3）中性點變壓器運行環境封閉，不存在故障點處絕緣材料加速老化條件，且變壓器整體絕緣、高壓繞組直流電阻無較大變化，可排除故障點處絕緣材料因環境而產生加速老化問題。

綜上所述。中性點變壓器整體絕緣性能降低，且故障點處絕緣油紙纏繞工藝不良，存在雜質或氣泡，隨著試驗電壓的升高，高壓繞組絕緣油紙擊穿并燒毀。

2.3 處理過程

（1）更換同型號變壓器1臺，更換后的變壓器各項試驗數據滿足相關規程要求。

（2）經測試接地變壓器阻抗與原接地變壓器阻抗相同，對2號機進行試運行，發電電動機與母線設備未出現諧振情況，電流電壓未發生較大變化。

2.4 防范措施

（1）將中性點變壓器納入事故備品備件計劃，及時采購，確保數量充足。

（2）舉一反三，加強對其他機組中性點變壓器監測。

（3）按照技術監督要求，認真做好機組中性點預防性試驗。

3 結論

抽水蓄能電站在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用任務，正發揮著越來越重要的作用[4]。抽水蓄能機組與常規水輪發電機組相比，主要區別是穩定運行工況多，工況轉換復雜，而且轉換操作頻繁，對于參與日調節的機組，每天至少要啟停1次，有時需要啟停多次，并且對于各種工況的轉換時間也有嚴格的要求。作為機組的關鍵設備，中性點變壓器能否穩定運行對于抽水蓄能電廠以及整個電網都有著極為重要的意義。加強對中性點變壓器的監測，及早發現隱患，就顯得尤為重要。在變壓器計劃檢修或故障診斷中，預防性試驗結果依舊是不可缺少的診斷參量，在具體實施過程中，應將幾個項目試驗結果有機結合起來綜合分析，這將有效提高判定的準確性[5]。