綜合高壓與油化試驗(yàn)的變壓器典型缺陷判定方法研究及應(yīng)用

李 波 胡依林 李 糾 王 慧 馬殿旭

（1、昭通學(xué)院，云南 昭通 657000 2、宜賓學(xué)院，四川 宜賓 644007 3、云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昭通供電局，云南 昭通 657000）

電力變壓器是發(fā)電廠(chǎng)和變電站的主要設(shè)備之一。變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部缺陷原因及缺陷位置判定一直是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)檢的難點(diǎn)。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)如何快速準(zhǔn)確判斷變壓器故障類(lèi)型和故障位置進(jìn)行了進(jìn)行了大量的研究并得到了一定成果。文獻(xiàn)[1-2]對(duì)深入研究電力變壓器高壓試驗(yàn)中的各項(xiàng)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù), 提出針對(duì)性解決措施；文獻(xiàn)[3-4]闡述電力變壓器通過(guò)高壓試驗(yàn)進(jìn)行故障診斷方法,包括繞組直流電阻測(cè)量、絕緣電阻測(cè)量與泄漏電流及交流耐壓試驗(yàn)、局部放電測(cè)量等技術(shù)。文獻(xiàn)[5]對(duì)短路沖擊下的變壓器箱體振動(dòng)與沖擊電流的耦合關(guān)系進(jìn)行了探討。文獻(xiàn)[6]針對(duì)220 kV 啟動(dòng)備用電壓器油氫氣、總烴及乙炔超標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行原因分析。文獻(xiàn)[7]對(duì)如何有效、準(zhǔn)確地評(píng)估電力變壓器當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài), 追蹤其狀態(tài)劣化過(guò)程, 有效實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)維修管理的重要條件。文獻(xiàn)[8-9]通過(guò)電氣高壓試驗(yàn)和設(shè)備內(nèi)絕緣油的色譜分析或簡(jiǎn)化分析。文獻(xiàn)[10]對(duì)電氣試驗(yàn)的技術(shù)要求、試驗(yàn)結(jié)果技術(shù)參數(shù)做了系統(tǒng)的規(guī)范。

根據(jù)上述分析可以看出，對(duì)變壓器典型缺陷判定研究主要是從單一的高壓試驗(yàn)結(jié)果或者油化試試驗(yàn)的方法等方面進(jìn)行分析，將工程實(shí)踐深化為方法論上的工作還有待進(jìn)一步研究。因此本文在上述背景下本文理論與工程實(shí)踐結(jié)合，提出綜合高壓與油化試驗(yàn)的變壓器典型缺陷判定研究方法。主要從高壓試驗(yàn)、油化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，判斷出缺陷類(lèi)型和部位；再根據(jù)變壓器拆解的結(jié)果驗(yàn)證該方法的可行性；最后根據(jù)試驗(yàn)情況對(duì)變壓器運(yùn)檢提出建議以提高現(xiàn)場(chǎng)缺陷判定能力。

1 變壓器高壓試驗(yàn)

變壓器高壓實(shí)驗(yàn)變壓器高壓試驗(yàn)有數(shù)十個(gè)試驗(yàn)類(lèi)別，顯然在工程現(xiàn)場(chǎng)缺陷定位的過(guò)程中無(wú)法將所有的高壓試驗(yàn)均開(kāi)展。本文根據(jù)長(zhǎng)期的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)以及電氣相關(guān)理論，結(jié)合缺陷定位的目的，主要開(kāi)展絕緣電阻測(cè)試、高低壓側(cè)直流電阻測(cè)試、介質(zhì)損耗測(cè)試、分接開(kāi)關(guān)測(cè)試波形測(cè)試，再與變壓器絕緣油相應(yīng)油化試驗(yàn)結(jié)合，即可完成缺陷判斷和定位。

1.1 絕緣電阻測(cè)試試驗(yàn)

測(cè)量絕緣電阻也是變壓器試驗(yàn)中一個(gè)重要項(xiàng)目，對(duì)檢查變壓器整體的絕緣情況具有較高的靈敏度，能有效的檢查出變壓器導(dǎo)電部分影響絕緣的異物，絕緣局部或整體受潮和臟污，絕緣油嚴(yán)重劣化，絕緣擊穿和嚴(yán)重?zé)崂匣热毕荩湓韴D如圖1。

圖1 絕緣電阻測(cè)試原理圖（以高壓側(cè)為例）

1.2 直流電阻測(cè)試試驗(yàn)

電力變壓器繞組可以等效為一個(gè)電感值很大的電感L 和一個(gè)小阻值電阻R 的串聯(lián)，各種測(cè)量方法都是以這一模型為基礎(chǔ)。當(dāng)有一個(gè)直流電壓加在電力變壓器繞組兩端時(shí)，由于上述大電感的存在，使得繞組中流過(guò)的電流不能突變。其等效電路圖和電流變化圖如圖2、3 所示。

圖2 試驗(yàn)等效電路圖

圖3 電流隨時(shí)間變化曲線(xiàn)

閉合開(kāi)關(guān)S 后，被測(cè)繞組中的電流為

由式（1）可知，當(dāng)t 時(shí)電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)，測(cè)量被測(cè)繞組兩端的電壓U 和流過(guò)被測(cè)繞組的電流I，由歐姆定律可得到繞組的直流電阻R。

1.3 介質(zhì)損耗測(cè)試試驗(yàn)

測(cè)量介質(zhì)損耗的目的是判斷電氣設(shè)備的絕緣狀況。測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)在預(yù)防性試驗(yàn)中是不可缺少的項(xiàng)目。因?yàn)殡姎庠O(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)太大，會(huì)使設(shè)備絕緣在交流電壓作用下，許多能量以熱的形式損耗，產(chǎn)生的熱量將升高電氣設(shè)備絕緣的溫度，使絕緣老化，甚至造成絕緣熱擊穿。絕緣能力的下降直接反映為介質(zhì)損耗因數(shù)的增大。所以，在出廠(chǎng)試驗(yàn)時(shí)要進(jìn)行介質(zhì)損耗的試驗(yàn)，運(yùn)行中的電氣設(shè)備亦要進(jìn)行此種試驗(yàn)。

1.4 分接開(kāi)關(guān)測(cè)試波形

上述傳統(tǒng)的預(yù)防性試驗(yàn)主要只能測(cè)量變壓器在分接切換完之后的設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，但是有載調(diào)壓分接頭調(diào)壓過(guò)程中存在過(guò)渡過(guò)程，有載分接開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程中的機(jī)械特性的內(nèi)容部缺陷存時(shí)有發(fā)生，上述傳統(tǒng)方法卻無(wú)法監(jiān)視。而通過(guò)有載分接開(kāi)關(guān)直流波形測(cè)試得到分接開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間、過(guò)渡波形、過(guò)渡電阻和三相同期等參數(shù)。

2 變壓器絕緣油油化試驗(yàn)

變壓器絕緣油油化試驗(yàn)亦有數(shù)十個(gè)試驗(yàn)類(lèi)別，主要檢驗(yàn)項(xiàng)目有外觀(guān)、水溶性酸、酸值、閉口閃點(diǎn)、介質(zhì)損耗因數(shù)、微量水分、絕緣強(qiáng)度、體積電阻率、油中溶解氣體分析等。如果使用在超高壓上的油還要做含氣量試驗(yàn)。

本文根據(jù)長(zhǎng)期的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)以及電氣相關(guān)理論，結(jié)合缺陷定位的目的，主要開(kāi)展油中溶解氣體分析，與高壓試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合進(jìn)行故障分析。

變壓器絕緣油中溶解氣體分析是指電力變壓器在正常運(yùn)行過(guò)程中受到熱、電和機(jī)械方面力的作用下逐漸老化，產(chǎn)生某些可燃性氣體，當(dāng)變壓器存在潛伏性故障時(shí)，其氣體產(chǎn)生量和氣體產(chǎn)生速率將逐漸明顯，人們?nèi)∽儔浩饔蜆邮褂脷庀嗌V方法獲得油中溶解的特征氣體濃度后，就可以對(duì)變壓器的故障情況進(jìn)行分析。

3 案例分析

某35kV 變電站35kV 主變發(fā)生重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘，事故發(fā)時(shí)該變變壓器處于運(yùn)行狀態(tài)，跳閘時(shí)當(dāng)?shù)貙購(gòu)?qiáng)雷雨天氣。根據(jù)本文提出的綜合高壓與油化試驗(yàn)的變壓器典型缺陷判定方法，修試人員對(duì)變壓器開(kāi)展相應(yīng)高壓試驗(yàn)和變壓器油油化試驗(yàn)。

3.1 綜合高壓與油化試驗(yàn)的主變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

3.1.1 絕緣電阻測(cè)試（MΩ）（表1）。

表1 絕緣電阻測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.2 高壓側(cè)直流電阻測(cè)試（MΩ）（表2）。

表2 高壓側(cè)直流電阻測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.3 低壓側(cè)直流電阻測(cè)試（mΩ）（表3）。

表3 低壓側(cè)直流電阻測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.4 介質(zhì)損耗測(cè)試（表4）。

表4 介質(zhì)損耗測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1.5 油化實(shí)驗(yàn)。

油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)

3.2 故障分析

3.2.1 高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：根據(jù)文獻(xiàn)[10]關(guān)于直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)定：①1600kVA 以上變壓器，各相繞組電阻相互間的差別（又稱(chēng)相間差）不應(yīng)大于三相平均值的2%；無(wú)中性點(diǎn)引出的繞組直流電阻，線(xiàn)間差別不應(yīng)大于三相平均值的1%。②1600kVA 及以下的變壓器，相間差別一般不應(yīng)大于三相平均值的4%，線(xiàn)間差別一般不應(yīng)大于三相平均值的2%。③與以前相同部位測(cè)得值比較，其變化不應(yīng)大于2%。。可判斷直流電阻數(shù)據(jù)該變壓器直流電阻數(shù)據(jù)均異常。

3.2.2 油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：根據(jù)文獻(xiàn)[10]關(guān)于油中含氣量的規(guī)定可看出該變壓器油中各類(lèi)氣體含量超標(biāo)，可根據(jù)“三比值”法判斷出現(xiàn)此類(lèi)情況的具體原因。

3.3 故障原因

根據(jù)文獻(xiàn)[10]可知，低壓側(cè)直流電阻及絕緣電阻合格，高壓側(cè)星形接線(xiàn)方式，從表2 中測(cè)試結(jié)果看出，高壓側(cè)1-6 檔各項(xiàng)繞組電阻相互間差別大于2%，且與歷史數(shù)據(jù)相比變化率也大于2%，判斷直流電阻不合格；從分接開(kāi)關(guān)波形圖中可看出分接開(kāi)關(guān)波形正常，判斷分接開(kāi)關(guān)接觸電阻，各觸點(diǎn)均無(wú)問(wèn)題，初步判斷該變壓器存在繞組斷股情況。

又根據(jù)油化試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該變壓器油中總烴，乙炔均大于規(guī)程規(guī)定值，通過(guò)“三比值”發(fā)計(jì)算出編碼為“1、0、0”，存在電弧放點(diǎn)，表明存在繞組層間、匝間短路，相間閃絡(luò)或引線(xiàn)對(duì)外殼放電，分接開(kāi)關(guān)飛弧等缺陷。

綜合上述：綜合高壓與油化試驗(yàn)的變壓器典型缺陷判定方法，該變壓器因雷擊過(guò)電壓引起繞組層間或匝間短路后電弧放電，出現(xiàn)繞組出現(xiàn)斷股造成直流電阻偏大。

3.4 故障具體位置

圖4 壓器繞組及分接開(kāi)關(guān)連接方式

當(dāng)分接開(kāi)關(guān)處于不同檔位時(shí)，所測(cè)繞組直流電阻如下：

1 檔（A2-A3）=2+3+4+5+6+7+8+9;

2 檔（A3-A4）=3+4+5+6+7+8+9;

3 檔（A4-A5）=4+5+6+7+8+9;

4 檔（A3-A4）=5+6+7+8+9;

5 檔（A3-A4）=6+7+8+9;

6 檔（A3-A4）=7+8+9;

7 檔（A3-A4）=8+9;

故障點(diǎn)原因分析：

（1）由直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)中可以看出，該變壓器7 個(gè)檔位中只有7 檔直流電阻數(shù)據(jù)無(wú)異常，說(shuō)明A8-A9 之間的繞組無(wú)異常，故障點(diǎn)出現(xiàn)在A2-A7 之間的繞組；

（2）其余六個(gè)檔位直流電阻均不正常，且六個(gè)檔位和歷史數(shù)據(jù)相比是有規(guī)律的增加的6 毫歐左右，說(shuō)明故障點(diǎn)可能只出現(xiàn)在A2-A7 之間的某個(gè)繞組上；

（3）從上述檔位計(jì)算中可看出，1-6 檔直流電阻均有問(wèn)題，故障點(diǎn)只可能出現(xiàn)在A7 與A9 之間的繞組。

3.5 變壓器拆解結(jié)果驗(yàn)證

在更換35kV 屏橋邊35kV2 號(hào)主變后，將該主變解體后發(fā)現(xiàn)該變壓器繞組A 相發(fā)生相間短路出現(xiàn)斷股，A 相繞組絕緣損壞，有明顯灼燒痕跡。如圖5 所示。

圖5 中看出，該變壓器發(fā)生匝間短路，高溫將繞組絕緣損壞，繞組出現(xiàn)斷股，且經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析，斷股A7 與A9 之間的繞組，與上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)反映出的結(jié)論吻合。

圖5 變壓器拆解圖

4 結(jié)論

本文首先介紹了當(dāng)前何快速準(zhǔn)確判斷變壓器故障類(lèi)型和故障位置取得的研究，提出了提出綜合高壓與油化試驗(yàn)的變壓器典型缺陷判定研究方法，對(duì)該方法中需要開(kāi)展的高壓試驗(yàn)項(xiàng)目、變壓器絕緣油油化試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，通過(guò)具體變壓器故障案例，采用本文提出的綜合高壓與油化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的判斷出缺陷類(lèi)型和部位；再根據(jù)變壓器拆解的結(jié)果驗(yàn)證該方法的可行性。該缺陷判定方法具備一定的普適性，在相關(guān)工程人員在變壓器缺陷判斷的過(guò)程中具有一定的指導(dǎo)作用。