變電站高壓電氣設(shè)備局部放電檢測方法研究

周利民 沈陽計量測試院

一、前言

局部放電試驗是變壓器試驗中重要的一個環(huán)節(jié)，它是指在外加電壓在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的場強，增大到能夠讓絕緣部分區(qū)域發(fā)生放電，然而在放電區(qū)域卻未形成固定放電通道的放電現(xiàn)象。局部放電試驗能夠很好的檢測變壓器制造過程中的材料性能指標以及工藝控制水平和設(shè)計水平，而且還能夠檢驗安裝過程中的工藝控制水平。變壓器設(shè)備質(zhì)量事關(guān)重大，影響深遠，因此，對變壓器進行現(xiàn)場局部放電試驗非常有必要，這樣能夠正確檢測變壓器的性能指標以及有效反應變壓器的設(shè)計水平和生產(chǎn)工藝控制水平。當前，在我國所有高壓變壓器在出廠時或投入使用前都必須進行局部放電試驗，以此確保變壓器質(zhì)量合格，從而為變壓器的正常投入使用以及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行提供可靠的保障。

二、局部放電試驗概述

（一）局部放電介紹

局部放電是指電氣設(shè)備在外加電壓的作用下產(chǎn)生極大的場強，從而使電氣設(shè)備的絕緣區(qū)域發(fā)生放電現(xiàn)象，但是在電氣設(shè)備的放電區(qū)域卻沒有形成放電通道。局部放電現(xiàn)象主要發(fā)生于高壓電器設(shè)備中，例如高壓變壓器中就容易出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，局部放電現(xiàn)象極易對高壓電氣設(shè)備的絕緣部分造成損壞。因此，在高壓變壓器出廠時或投入使用前必須進行局部放電試驗。導致高壓變壓器出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象的原因主要有兩點：一是高壓變壓器自身絕緣性能或其他性能指標不合格；二是高壓變壓器材質(zhì)有問題或是生產(chǎn)工藝有問題。

（二）局部放電的危害

局部放電的危害主要表現(xiàn)為以下幾方面：一是局部放電會導致電氣設(shè)備出現(xiàn)過熱情況，從而對電氣設(shè)備造成損壞；二是局部放電會產(chǎn)生一系列不良的現(xiàn)象和反應，例如化學反應、電脈沖、電磁輻射等，這些不良現(xiàn)象和反應將對周邊環(huán)境和人民群眾的生命健康造成嚴重危害；三是具備放電極易導致變壓器的絕緣層被擊穿，從而大大的降低變壓器的絕緣性能，最終導致事故發(fā)生。

（三）局部放電試驗的意義

對高壓變壓器進行現(xiàn)場局部放電試驗能夠正確檢測變壓器的絕緣性能和其他性能指標，同時還能夠有效反應應變壓器的設(shè)計水平和生產(chǎn)工藝控制水平。局部放電試驗是高壓變壓器試驗中的重要環(huán)節(jié)，其具有操作方便、精準性高、靈活性好的優(yōu)點，在變壓器檢測中被廣泛應用，因此，對高壓變壓器進行局部放電試驗具有非常重要的意義。

三、局部放電試驗情況

以某220KV變壓器為例，某220kV變壓器主要技術(shù)條件為：型號：SFSZ9-180000kVA/20kV。額定容量：180000/180000/90000kVA。額定電壓：220±10×1.25%/117/37kV。絕緣水平：LI950 AC395-LI400AC200/LI480AC200-LI325AC140/LI2 00AC85。技術(shù)協(xié)議要求局部放電測試按GB1094的規(guī)定進行，當測量電壓為E（1.5Um/3）時，要求局部放電量保證值：高壓≤100pC，中壓≤100pC。

2018年8月21日，在工廠進行的雷電沖擊、感應耐壓等絕緣試驗通過后，進行了局部放電試驗，發(fā)現(xiàn)三相局部放電量均為1000pC左右，超過了技術(shù)協(xié)議的要求。三相放電波形相同，放電量大小不斷變化，類似油中氣泡產(chǎn)生的局部放電。懷疑變壓器油中或絕緣件中存在氣泡，決定溫升試驗后再進行局部放電試驗。

2018年8月24日，溫升試驗結(jié)束待油溫冷卻到環(huán)境溫度后，再次進行局部放電試驗。三相試驗結(jié)果與7月20日基本一致。試驗人員通過試驗判斷局部放電源在變壓器的高壓首端，于是對變壓器套管進行檢查，將套管油枕的頂部螺栓松開，發(fā)現(xiàn)有氣體快速逸出，檢查另外兩相高壓套管，也有氣體放出。三相高壓套管放氣后，再查中壓套管，沒有放出氣體。為了讓氣體從油中充分逸出，決定再靜放1d。

2018年8月28日，繼續(xù)對該變壓器的B、C相進行試驗。按正常局部放電試驗回路和加壓程序，并在局部放電試驗電壓下延長了試驗時間，結(jié)果兩相局部放電量均小于100pC，B、C相局部放電試驗合格。從變壓器上、下部分別取油樣化驗，與該產(chǎn)品試驗前油化驗結(jié)果進行比較，結(jié)果正常。試驗后對該變壓器進行放油→抽真空→注油→熱油循環(huán)處理。2018年9月5日再次對A相進行局部放電試驗：1.5E（12min，20pC）、1.7E（10s，500pC）、1.5E（8min，20pC），中間出現(xiàn)兩次300pC的局部放電信號，幾秒鐘熄滅，在1.7E、8min后又出現(xiàn)200pC的局部放電信號，局部放電量逐漸增大，其后的4min內(nèi)增到4400pC，降低試驗電壓到0.95E（4200pC），測得局部放電起始電壓為0.95E；局部放電熄滅電壓為0.75E。在此情況下，進行超聲定位，在高壓側(cè)箱壁及箱蓋上沒有查到超聲信號。

2018年9月7日，對該變壓器A相再次復試，當出現(xiàn)14000pC的局部放電量后，又用超聲定位法測量，結(jié)果在變壓器幾何位置的高壓側(cè)仍然沒有測量到超聲信號，在變壓器幾何位置的中壓側(cè)測量到超聲信號，開始對該變壓器進行超聲定位，在定位期間，出現(xiàn)局部放電量在500～1500pC之間，局部放電信號的波形由較疏變得很密。以變壓器長軸方向為X，短軸方向為Y，采用逼近法測定的局部放電源的坐標為：X=2800～3100mm，Y=0～300mm，Z=1900～2180mm。

2018年9月9日，取油樣進行色譜分析，結(jié)果表明變壓器油中含有C2H2，用計算方法進行超聲定位，結(jié)果基本上與超聲定位位置相同。在1.5E局部放電試驗電壓下進行了2h長期局部放電試驗。

四、局部放電試驗結(jié)果分析

變壓器出廠試驗局放量明顯異常，隨著試驗次數(shù)的增加，局放量呈明顯增加趨勢，說明變壓器的主絕緣在進一步惡化。變壓器起始放電電壓與放電熄滅電壓差異較大，說明引起變壓器局部放電量異常的原因不僅僅是套管絕緣油的含氣量偏大，很有可能還涉及變壓器的固體絕緣。因變壓器局部放電量異常與變壓器出口線段電壓無關(guān)，而與匝電壓直接相關(guān)，可以初步排除變壓器套管、高壓引線對接地體的幾何距離、均壓球連接等因素對局部放電異常的影響。引起該變壓器局部放電異常的部位很可能在線圈主絕緣上。從局部放電定位結(jié)果看，該變壓器局部放電異常的部位可能在A相線圈的上部。鑒于該變壓器局部放電量明顯異常，且局部放電試驗過程中油中產(chǎn)生了C2H2，必須進行吊罩或解體檢查。

五、高壓變壓器局部放電試驗中存在的問題及解決措施

（一）變壓器結(jié)構(gòu)存在缺陷及解決措施

變壓器結(jié)構(gòu)存在缺陷會時絕緣介質(zhì)中的電場分布不均勻，在局部放電試驗時，放電量表現(xiàn)出很不穩(wěn)定的現(xiàn)象。變壓器結(jié)構(gòu)存在缺陷的解決措施有：進行變壓器局部放電試驗之前，對變壓器結(jié)構(gòu)進行嚴格、仔細的檢查，以此確保變壓器結(jié)構(gòu)的合理性，并對變壓器進行感應耐壓、雷電沖擊等試驗，待變壓器通過這些試驗后，才能進行局部放電試驗。

（二）電暈放電影響及解決措施

在高電壓的情況下變壓器極易發(fā)生電暈現(xiàn)象，在電場作用下，致使高壓變壓器中某些接地不充分的部位產(chǎn)生異常放電，從而對局部放電試驗的放電量檢測結(jié)果產(chǎn)生嚴重影響。電暈放電影響的解決措施：對高壓變壓器進行仔細檢查，確保高壓變壓器完全接地，并且屏蔽高壓套管，以此防止由于高電壓而產(chǎn)生電暈現(xiàn)象。