一起220kV變壓器局部放電故障診斷與分析

國(guó)網(wǎng)天津市電力公司檢修公司 孫文鵬 頓 超 中國(guó)建筑第八工程局有限公司華北分公司 葉風(fēng)彩

本文分析的變壓器為一臺(tái)100000kVA電爐變壓器電源變的220kV產(chǎn)品，該變壓器在例行試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)乙炔超標(biāo)，隨后在診斷性試驗(yàn)中檢測(cè)出局部放電超過標(biāo)準(zhǔn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)場(chǎng)分別采用常規(guī)試驗(yàn)法、非試驗(yàn)相中壓支撐法兩種方法，并通過兩種方法的對(duì)比準(zhǔn)確判斷出局部放電源的位置，最后對(duì)局部放電源進(jìn)行處理，消除主變?nèi)毕荨?/p>

1 故障診斷與分析

該變壓器2016年12月24日在例行試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)油色譜出現(xiàn)乙炔組分，含量為0.8μL/L；后續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，于2017年05月19日達(dá)到5.2μL/L，超過注意值5μL/L；至2018年08月07日逐步升高到26.6μL/L。

1.1 歷史油色譜數(shù)據(jù)分析

表1 歷史油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)（單位：μL/L）

特征氣體分析。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯看出特征氣體為CO、CH4，次要特征氣體為C2H6、C2H4、C2H2，表征該變壓器內(nèi)部存在油紙過熱（圖1）；三比值法。針對(duì)2018年08月07日的油色譜數(shù)據(jù)計(jì)算得出氣體編碼為220，可判斷出故障類型為低能放電（兼過熱）故障；CO、CO2判斷。絕對(duì)值：CO2/CO=1533/525.3=2.92＜7，可排除固體絕緣材料老化情況。增量值：CO2/CO=(1533-403.1)/(525.3-55.7)=2.41＜3，說明該故障涉及固體絕緣材料；C2H2、H2判斷。絕對(duì)值：C2H2/H2=26.6/18=1.48＜2。增量值：C2H2/H2=(26.6-0.8)/(18-3.7)=1.8＜2。因此可排除有載開關(guān)油污染的可能。

圖1 特征氣體增長(zhǎng)趨勢(shì)

故障趨勢(shì)分析。據(jù)2016年12月24日至2018年08月07日的氣體數(shù)據(jù)，通過進(jìn)一步研究總烴的產(chǎn)氣速率來進(jìn)行故障趨勢(shì)判定：γγ=（Ci,1-Ci,2）/Ci,1×1/Δt×100%，式中Ci,1、Ci,2分別為第1次、第2次取樣油中某氣體濃度，μL/L；Δt為設(shè)備在期間實(shí)際運(yùn)行時(shí)間。按照公式選取近期3個(gè)不同時(shí)間段對(duì)總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率進(jìn)行計(jì)算，由表2可發(fā)現(xiàn)三個(gè)時(shí)間段的總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率均大于注意值10%，說明變壓器內(nèi)部存在故障。2018年5月將該變壓器改為手動(dòng)強(qiáng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)和油泵，油紙過熱的現(xiàn)象得到一定改善，主變上層油溫下降7～11℃，CO、CH4增長(zhǎng)緩慢，但C2H2仍呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，可見設(shè)備內(nèi)部故障未消除。

表2 總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率

1.2 故障檢查試驗(yàn)分析

診斷性試驗(yàn)。為進(jìn)一步診斷和定位故障對(duì)該變壓器進(jìn)行了以下診斷性試驗(yàn)：繞組及套管絕緣電阻、介質(zhì)損耗及電容量試驗(yàn)、鐵芯及夾件絕緣電阻；油色譜試驗(yàn)；靜放24h后進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間空載試驗(yàn)（24～72小時(shí)）；靜放24h后進(jìn)行油色譜試驗(yàn)；局放試驗(yàn)；靜放24h后進(jìn)行油色譜試驗(yàn)。除油色譜和局放試驗(yàn)結(jié)果異常外，其它試驗(yàn)均正常。

油色譜分析。長(zhǎng)時(shí)空載試驗(yàn)后CH4、C2H4、H2、C2H6未顯著增長(zhǎng)，說明該油過熱現(xiàn)象不是鐵心故障引起的。局部放電試驗(yàn)后有少量C2H2產(chǎn)生，同時(shí)CO、CO2含量增長(zhǎng)，這與該變壓器歷史油色譜變化規(guī)律相吻合，再次說明主變內(nèi)部一直存在缺陷（表3）。

表3 油色譜數(shù)據(jù)

局放試驗(yàn)分析。分別使用常規(guī)法和支撐法進(jìn)行局放試驗(yàn)，常規(guī)法采用低壓側(cè)加壓，高壓中性點(diǎn)直接接地，在高壓套管末屏處串入檢測(cè)阻抗再接地（圖2），施加電壓為1.3Um/結(jié)果顯示C相放電量為101pC，A相、B相約為5100pC，嚴(yán)重超標(biāo)。為確認(rèn)故障點(diǎn)的位置，改用非被試相短路接地的中性點(diǎn)支撐法進(jìn)行測(cè)量（圖3）。同時(shí)加壓過程中采用超高頻局部放電測(cè)試儀和紫外測(cè)試儀對(duì)A、B相高壓套管外部進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 局部放電試驗(yàn)常規(guī)法接線圖

圖3 局部放電試驗(yàn)支撐法接線圖

采用中性點(diǎn)支撐法，當(dāng)被試相套管端部電壓與常規(guī)法一致時(shí)，繞組匝間電位差僅為常規(guī)法時(shí)的2/3。通過對(duì)被試相套管端部施加相同的感應(yīng)電壓，對(duì)比放電量的起始熄滅電壓和大小，即可對(duì)脈沖放電發(fā)生的位置進(jìn)行初步判斷。如兩種方法放電量一致表明脈沖放電信號(hào)與繞組匝間電位差無關(guān)，脈沖放電發(fā)生位置可能為繞組引線至套管端部之間或套管外部；如中性點(diǎn)支撐法時(shí)的放電量小于常規(guī)法時(shí)，放電產(chǎn)生的部位就可能位于變壓器繞組中。通過對(duì)被試相套管端部施加相同的感應(yīng)電壓發(fā)現(xiàn)，兩種方法中A、B相數(shù)據(jù)一致，起始電壓和熄滅電壓相差無幾（表4）。

表4 局部放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

使用電壓向量圖進(jìn)行分析，可得脈沖放電信號(hào)與繞組匝間電位差無關(guān)（圖4）。同時(shí)超高頻局部放電測(cè)試儀和紫外測(cè)試儀未檢測(cè)到放電信號(hào)，可排除高壓套管外部的懸浮放電和尖端放電。因此，脈沖放電發(fā)生位置應(yīng)位于A、B相高壓繞組端部引線出線部位至套管端部之間。

圖4 局放起始電壓向量圖

1.3 故障原因分析

由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可基本斷定，該變壓器內(nèi)部存在著低能放電（兼過熱）故障，故障點(diǎn)位于A、B相高壓繞組端部引線出線部位至套管端部之間，故障原因?yàn)锳、B相高壓引線與電位懸浮的部件之間的連續(xù)火花放電。推測(cè)具體的放電情形有[1-4]：高壓引線對(duì)靜電環(huán)放電；高壓引線對(duì)鐵芯拉帶拉桿放電；高壓引線對(duì)套管導(dǎo)流管放電；高壓引線對(duì)油箱磁屏蔽放電。

2 排油檢查結(jié)果及修復(fù)

排油吊芯。變壓器排油，拆除外部件，清理油箱外部粉塵、油污，將器身吊出；故障點(diǎn)檢查確認(rèn)。拆除夾件及上鐵軛，檢查高壓引線發(fā)現(xiàn)A、B相高壓引線根部絕緣紙顏色較深，用力按壓引線根部，手感內(nèi)部發(fā)軟且有深色油滲出，絕緣表面可見絕緣碳化微粒。剝開A相高壓引線根部絕緣，發(fā)現(xiàn)靜電環(huán)引出線與高壓引線焊接部位脫落，此位置所包的絕緣紙已燒成碳灰。檢查B相高壓引線情況相同，檢查C相高壓引線，靜電環(huán)引出線與高壓引線連接良好；通過對(duì)靜電環(huán)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其引出線與高壓引線間采用錫焊，且焊接長(zhǎng)度較短，為7mm，不滿足15～20mm的工藝要求[5]；對(duì)其它可能放電部位進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

通過上述檢查，確定最終的故障原因?yàn)殪o電環(huán)引出線與高壓引線間的焊接長(zhǎng)度過短、焊接工藝不良，同時(shí)該變壓器所帶負(fù)荷為沖擊性負(fù)荷，致使靜電環(huán)引出線脫落，造成高壓引線對(duì)電位懸浮的靜電環(huán)連續(xù)火花放電。將靜電環(huán)引出線和高壓引線待焊接部位的絕緣剝除干凈，去除表面污物及金屬氧化層，用無水乙醇擦拭干凈。用浸水的石棉繩包扎在靜電環(huán)引出線和高壓引線根部，采用磷銅焊將靜電環(huán)引出線與高壓引線牢固焊接，焊接長(zhǎng)度控制在15～20mm。去除焊接部位的尖角與毛刺，對(duì)引出線焊接區(qū)凹處填充絕緣膩?zhàn)?，采?0mm寬的DL-12電纜紙帶半疊繞包絕緣，絕緣層厚度控制在6mm。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于沖擊性負(fù)荷而言，繞組端部電場(chǎng)強(qiáng)度的分布對(duì)繞組變形等影響極大，需在端部加入靜電環(huán)以降低電場(chǎng)強(qiáng)度、提高絕緣裕度。為減少漏磁在金屬屏蔽層中產(chǎn)生的渦流損耗，靜電環(huán)導(dǎo)體的厚度要盡量薄，一般厚度小于0.1mm。導(dǎo)體不能形成一個(gè)封閉匝，首尾兩端嚴(yán)禁連接。在大型變壓器中為降低漏磁通引起的損耗，采用在絕緣圈上包敷鋁皺紋紙帶或噴涂石墨涂層的靜電環(huán)。對(duì)用于特殊負(fù)荷的變壓器，其冷卻方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要適當(dāng)作出調(diào)整，否則易造成局部過熱，本案例中特殊的負(fù)荷性質(zhì)雖不是導(dǎo)致靜電環(huán)引出線脫落的直接原因，但在一定程度上促進(jìn)了缺陷的發(fā)生。