220 kV電力變壓器低壓側套管局部放電檢測技術及案例分析

摘要：在整個電力系統的發、輸、變、配、用各個環節，會用到各種各樣的電力變壓器，故電力變壓器的穩定工作，對整個電力系統的安全運行有著舉足輕重的影響。絕緣套管作為電力變壓器的重要構件之一，在電力變壓器日常操作保養時應著重注意。鑒于此，詳盡介紹了一起電力變壓器低壓側套管局部放電故障的檢測與處理，通過采用油色譜分析測試、介質損耗試驗及解體檢查等多種專業技術手段，最終確定電力變壓器低壓側套管內部電容芯移位的設備主因，避免了事故進一步擴大，造成重大的人身財產安全事故，同時也為后續電力變壓器低壓側套管引線結構改進及運行維護提供了參考意見及建議。

關鍵詞：電力變壓器;絕緣套管;油色譜分析;介質損耗試驗

中圖分類號：TM407 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）19-0085-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.19.020

0 引言

在電力變壓器日常運行過程中，其絕緣套管長期通過負載電流，而長期的過負荷運行會導致絕緣材料的絕緣性能下降，嚴重影響電力變壓器使用壽命[1-3]。因此，對電力變壓器套管的日常觀察、保養維護尤為重要，因為絕緣套管的安全穩定運行不僅對電力變壓器的安全運行有著重要影響，同樣也對電力系統的安全穩定運行至關重要。

1 電力變壓器套管故障檢測技術分析

最近幾年，隨著電網的智能化普及率升高，智能化檢測技術逐漸興起，并廣泛應用于各種場景。電力變壓器套管故障檢測方法主要有振動檢測、光譜檢測、油色譜分析、聲學檢測、紅外和熱成像檢測、無損檢測、鐵譜檢測等[4-5]。目前，油色譜分析因其原理簡單、易操作、檢測準確率高等優勢，成為電力變壓器最常使用的故障檢測技術之一[6]。油色譜分析通常會結合介質損耗試驗等其他檢測技術一起用于電力變壓器故障分析，綜合檢測技術的運用提高了電力設備故障分析的準確率[7]。

在電力變壓器的正常運行過程中，內部氣體的含量基本都在標準規定的范圍內。在電力變壓器運行過程中，絕緣材料受熱應力、電應力、催化劑等因素的影響，可在油中產生少量的溶解氣體，通常被稱為“特征氣體”（如CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4等），根據特征氣體含量的多少，氣體繼電器會相應發出報警信號或動作發出電力變壓器跳閘指令[8-10]。目前油中溶解氣體分析被作為變壓器絕緣狀態評估的關鍵指標[11]，因此，定期采集電力變壓器器身各部位的油樣，用氣相色譜分析儀對特征氣體含量進行檢測分析，可使設備管理人員根據特征氣體含量的檢測結果對電力變壓器內部的潛在故障進行分析，并預測故障后續的發展情況。電力變壓器油色譜分析的一般步驟如圖1所示。

通常判斷電力設備絕緣好壞最直接的方法是測量絕緣電阻，除此之外還可測量電力設備的介質損耗因數[12]。介質損耗試驗的原理主要是對絕緣材料施加交流電壓來檢測介質損耗角正切值（tan δ）和電容值（Cx）兩個指標[13]。

指標tan δ主要是電介質中有功分量與無功分量的比值，而Cx的降低直接反映為介電損耗因數的增加，可根據這兩個指標來判斷絕緣狀態是否良好[14]。隨著科學技術的進步，目前市場上已有專業的智能化檢測儀器，可在工頻電壓下現場測量電力設備的介質損耗因數。

2 電力變壓器低壓套管故障基本情況概述

針對一起我集團下屬某公司在C修期間發現的220 kV電力變壓器低壓側套管局部放電缺陷，本文詳細闡述了其檢測及后續處理，主要采用油色譜分析試驗、介質損耗試驗及解體檢查等專業技術手段，最終確定電力變壓器低壓側套管內部電容芯移位的設備主因，避免了事故進一步擴大，造成重大的人身財產安全事故。

2024年3月17日，電力集團下屬某公司開展220 kV電力變壓器C級檢修工作，筆者與設備部電氣專業工程師負責分析各檢查部位、電氣試驗項目及相關檢查工作。3月28日，在電力變壓器檢修工作推進過程中，經研究發現，無法確定與電力變壓器本體內部相連接的低壓側套管自身絕緣油是否與電力變壓器本體油路相通，僅通過日常維護及電力變壓器油質監測可能無法反映低壓側套管的真實狀態，經咨詢電力變壓器生產廠家也未能得到有效結果。之前該公司從未開展過低壓側套管檢修工作，同時低壓側套管從設計上來說屬于“不擊穿免維護”部件，檢修規程中也無低壓側套管維護的具體要求。出于設備狀態的實際情況，本著必須求準求真、不忽略任何一個細節的態度，筆者和其他項目組成員將情況匯報領導，之后確定把電力變壓器低壓側套管列為額外檢查項目。

3 油色譜試驗檢測情況分析

2024年3月29日，進行油樣對比試驗，油色譜試驗檢測結果表明低壓側套管絕緣油與電力變壓器本體油路不相通，并且發現低壓側套管B相乙炔、總烴氣體含量超標，根據《電力重大安全隱患判定標準》《工貿企業重大事故隱患判定標準》，判斷出電力變壓器低壓側套管B相可能存在重大隱患，建議進一步檢查處理。試驗檢測數據如表1、表2所示。

試驗檢測結果表明，低壓側套管三相含氣量均大于3%;B相C2H2、總烴氣體含量超標，H2含量嚴重超標。根據檢測結果分析，懷疑B相存在局部放電故障，建議開展介質損耗試驗，并對低壓側套管進行解體檢查。

4 介質損耗試驗和解體檢查情況

為進一步查明低壓側套管B相C2H2、H2和總烴含量超標的具體原因，運行人員將主變停運，檢修人員、試驗人員分別對低壓側套管進行介質損耗試驗和解體檢查，介質損耗試驗檢測結果表明低壓側套管B相的tan δ和電容Cx數據異常，數據如表3所示。

因介質損耗試驗檢測低壓側套管A相、C相未見異常，隨后對電力變壓器低壓側套管整體進行解體檢查，情況如圖2、圖3所示。經仔細檢查，發現低壓側套管B相電容芯已出現移位的現象，套管上發現一個明顯的放電點，電容芯已被放電電流灼穿，灼穿直徑約為1.3 cm，如圖4所示，其他部件均正常。

對電力變壓器低壓側套管進行介質損耗試驗和解體檢查后，故障原因已查明，因公司無電容芯備件，只能采取返廠維修的方式進行故障處理。經電力變壓器生產廠家緊急處理后，將維修完成的套管發回公司進行回裝，返修出廠前及回裝后各項試驗指標均正常。回裝后低壓側套管油色譜分析試驗檢測數據如表4所示。

試驗結果表明：更換低壓側套管B相電容芯后，試驗各項氣體含量均在正常范圍內，經該公司總工程師評估論證，電力變壓器可試運行，試運行期間各項參數指標均正常，可轉為正常運行。

5 綜合診斷原因分析

在查明電力變壓器低壓側套管故障原因后，將出現故障的套管返廠進行維修，維修期間經與廠家技術人員交流得知：從現場拆開的套管引線固定結構分析，套管內部引線固定方式為采用彈簧壓緊固定，而沒有采用目前焊接固定的方式。電力變壓器安裝投運初始接觸良好，經過長時間的持續運行，并受日常振動等其他因素的影響，低壓套管B相電容芯逐漸發生移位，導致末屏引線與銅板之間存在虛接的情況，進而造成了引線對銅板持續性局部放電現象，低壓側套管油中乙炔、總烴氣體含量超標，氫氣含量嚴重超標，電容芯損壞較為嚴重，已出現一個明顯的放電點。電力變壓器生產廠家技術人員預測，如果該電力變壓器繼續運行幾個月，低壓側套管很有可能發生爆炸事故，將嚴重影響人身財產和電力系統安全。

6 電力變壓器改造建議

通過對本次電力變壓器低壓側套管局部放電故障的處理，發現低壓側套管引線與銅板連接存在結構上的缺陷，此種缺陷極易引發低壓側套管的局部放電現象。據此提出以下建議供參考：

1）建議電力變壓器生產廠家將套管內部引線固定方式由彈簧壓緊固定改為焊接方式。

2）通過走訪及查閱資料發現，低壓側套管絕緣油與電力變壓器本體油路不相通構造不利于日常的運行維護，建議將兩者連通，將低壓側套管與變壓器本體油路連通后，可通過對變壓器本體油質的監督分析，及時發現低壓側套管內部的潛在缺陷。此改造方法已在多家電廠電力變壓器中應用并證實可行。

3）油路改造后需注意定期對電力變壓器開展預防性試驗，并取油樣進行化驗分析，以確保油質合格。

7 結束語

本文主要介紹了電力變壓器低壓側套管故障檢測技術，并分享了一個經典的故障案例。故障處理過程中采用了油色譜試驗、介質損耗試驗及解體檢查等專業技術手段，及時發現并消除了電力變壓器低壓側套管局部放電故障，提高了電力變壓器運行的可靠性。在故障處理過程中，發現低壓側套管引線與銅板連接存在結構上的缺陷，提出了改進意見及建議。同時針對低壓側套管運行維護中的不便，建議將低壓側套管油路與電力變壓器本體油路連通。

綜上所述，電力變壓器低壓側套管相對高壓側套管來說較易受到忽視，且低壓側套管從設計上來說屬于“不擊穿免維護”部件，檢修規程中也無低壓側套管維護的具體要求，因而其成為檢修和技術監督中的薄弱環節。建議各電力企業大、小修期間都要加大對低壓套管的維護力度，做好定期預防性試驗，及時發現設備潛在缺陷并及時處理。

最后，作為電氣專業技術人員要有嚴謹的態度，對電氣設備實際狀態必須求準求真，不能忽略任何細節，這樣才能為進一步提高供電設備的健康水平及可靠性打下堅實基礎，助力我國能源電力行業高質量發展。

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收稿日期：2024-08-15

作者簡介：盧真（1993—），男，湖北襄陽人，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。