一起110 kV變壓器懸浮放電故障分析與處理

莊先濤，郝 為，張薷方

（國網遂寧供電公司，四川 遂寧 629000）

0 引 言

電力變壓器內部故障主要包括絕緣故障、熱故障以及機械故障3種類型。統計表明，內部絕緣故障占比較大，而局部放電是導致絕緣故障的主要原因[1,2]。局部放電表現為絕緣局部區域內的微小放電，若持續發展，將導致絕緣進一步劣化，最終使整個絕緣系統失效[3]。因此，對電力變壓器開展局部放電檢測及診斷，有助于提高設備運維管理水平，確保設備安全穩定運行。

電力變壓器局部放電過程中會伴隨電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及局部過熱等信號，而且會使絕緣材料分解產生一些新的化學產物。針對上述物理、化學現象，相應出現了諸多檢測技術，如脈沖電流法、高頻法、超聲波法、特高頻局放檢測法以及油中溶解氣體分析法等。脈沖電流法通過在套管末屏接地線處串入檢測阻抗以耦合電脈沖信號，該方法能開展定量分析，適用于停電試驗[4]。高頻法通過在接地線上穿過高頻電流傳感器實現非電接觸式測量，不影響設備的正常運行，廣泛應用在帶電檢測和在線監測中[5]。超聲波法通過在油箱外殼布置超聲波傳感器實現局部放電檢測，具有抗電磁干擾強的特點，因此該方法在現場只能作為一種輔助測量手段[6]。特高頻局放檢測法采用特高頻傳感器耦合局部放電產生的電磁波信號進行檢測，由于變壓器油箱屏蔽效果好，外置式特高頻傳感器在現場使用效果欠佳[7-10]。油中溶解氣體分析法通過檢測特征氣體含量，判斷變壓器是否存在故障，不受電磁干擾影響，既適用于離線檢測，又適用于帶電檢測。不同的局部放電檢測技術各具優缺點，技術人員往往將多種檢測技術相結合，用于局部放電的檢測、診斷及定位，現場使用效果較好。

針對某110 kV變壓器，本文通過脈沖電流法發現變壓器內部A相存在局部放電信號，通過油中溶解氣體分析法發現乙炔含量超標，最終吊罩解體發現是由于壓釘碗松動導致懸浮放電，為今后處理類似變壓器缺陷提供實踐經驗。

1 變壓器運行工況

某110 kV變電站擴建工程新增1臺110 kV變壓器，2021年4月出廠，型號為SSZ11-50000/110，額定容量為50000/50000/50000 kVA，其基本信息如表1所示。

表1 變壓器基本信息

2021年4月30日，該主變投運，油色譜未發現異常。2021年5月14日，試驗人員對該主變進行帶電檢測，發現變壓器內部存在局部放電信號，油中溶解乙炔含量為1.14 μL/L。次日，再次檢測發現異常放電信號依然存在，乙炔含量為1.12 μL/L。歷次油色譜數據如表2所示。

表2 油色譜數據

根據帶電檢測結果初步判斷，該變壓器內部存在局部放電現象，因此對該主變進行停電試驗和檢查。

2 局部放電帶電檢測及分析

試驗人員對該主變進行了高頻局部放電檢測，在鐵芯和夾件接地線處檢測到異常信號，局部放電相位分布（Phase Resolved Partical Discharge，PRPD）圖譜及脈沖序列相位分布（Phase Resolved Pulse Sequence，PRPS）圖譜如圖1所示?？梢钥闯觯诠ゎl相位的正、負半周均有放電信號，信號幅值相近，大于60 dB。正負半周信號對稱性高，具有100 Hz相關性和典型的懸浮放電特征。

圖1 變壓器高頻局放檢測結果

為確定此放電信號是否來自變壓器內部，在該主變外部空間中進行特高頻局部放電檢測，未發現明顯異常。因此，推判此放電信號來自變壓器內部。

3 停電試驗及分析

該主變停電后，試驗人員對繞組絕緣電阻、直流電阻、變比、電容量及介損等開展了測試，均未見異常。為進一步檢測變壓器主絕緣狀態，開展了長時感應耐壓帶局部放電試驗。

現場采用單相加壓法，三相檢測結果如表3所示?？梢钥闯觯珺相、C相局放量均小于50 pC，試驗合格。而A相進行感應耐壓時，當電壓加至1.1U m√3，局放量將近45 pC，當加壓上升至1.5U m√3時，局放量將近560 pC。在1.5U m√3電壓下持續30 min，局放始終保持在560 pC。此時，在A相低壓側箱壁附近，可聽見來自變壓器內部的放電聲。當電壓降至1.1U m√3時，局放量下降至43 pC，內部放電聲也消失。

表3 長時感應耐壓帶局部放電試驗數據

試驗24 h后，油色譜數據顯示乙炔含量為2.12 μL/L，相較試驗前大約增長一倍。通過試驗結果綜合考慮，分析認為主變壓器內部存在低能量放電，發生在線圈外部，放電類型是裸電極放電。

4 解體檢查及處理

為確認缺陷情況，技術人員經人孔進入主變壓器內部檢查，由于變壓器內部光線較暗且空間狹窄，未能找到放電痕跡，于是對該主變進行吊罩檢查。

由于A相感應耐壓試驗存在異常，技術人員重點檢查了A相，用內窺鏡檢查A相低壓、中壓線圈首端及尾端，未見放電痕跡。檢查低壓引線連接無松動，A相低壓側4個器身壓釘螺栓與鎖緊螺母無松動，拉桿與鐵芯無短接，磁屏蔽與油箱單點接地無松動。檢查4個壓釘螺栓下部壓釘碗時，發現有一只壓釘碗未壓緊，可輕易水平移動，如圖2所示。

圖2 壓釘碗松動

松開備緊螺母，取出壓釘和壓釘碗，發現壓釘碗內壁邊緣有明顯毛刺，目測長度約2 cm，壓釘接觸面有放電過熱痕跡，如圖3所示。

圖3 壓釘與壓釘碗缺陷

從壓釘碗內壁擠壓的毛刺可知，在主變生產制造階段線圈軸向壓緊時，由于操作失誤將壓釘螺栓壓在壓釘碗邊緣上，而沒有壓到壓釘碗槽中，造成壓釘在壓釘碗邊緣擠壓出毛刺。出廠局放試驗和油色譜試驗合格，說明試驗時壓釘仍可靠虛壓在壓釘碗邊緣，二者未出現松動間隙，如圖4（a）所示。而主變壓器在運輸、安裝或運行過程中，因振動導致壓釘碗脫離虛壓束縛，形成松動間隙，造成壓釘碗軸向沒有被壓緊，如圖4（b）所示。主變正常運行時壓釘碗與壓釘螺栓、夾件以及拉板等形成等電位，通過接地套管引出接地。當壓釘碗與壓釘螺栓之間存在間隙時，壓釘碗處于懸浮電位，進而引發放電。

圖4 壓釘與壓釘碗缺陷示意圖

確認故障點后，清除壓釘碗內壓偏產生的金屬毛刺，并緊固壓釘螺栓及鎖緊螺母，確保壓釘碗與壓釘螺栓可靠連接。故障點處理完畢后，主變投網運行，異常信號消失。

5 結 論

采用油中溶解氣體分析法和局部放電檢測等手段可以及時發現變壓器內部放電缺陷，對于保障設備安全運行具有重要意義。本次變壓器局部放電缺陷是由于壓釘碗松動，與壓釘螺栓虛壓，進而導致懸浮放電。運維單位應做好變壓器廠內監造工作，注意檢查壓釘碗是否可靠壓緊，嚴格把控制造中間環節與試驗環節，提高新入網設備質量安全。此外，由于某些結構件的虛壓缺陷在出廠試驗和交接試驗中未必能及時發現，往往是發展到一定階段才會體現出來，因此要加強設備狀態檢修例行試驗和帶電檢測，將試驗數據和運行數據相結合，綜合判斷設備狀態。