110 kV變壓器介質損耗因數超標的缺陷分析及處理措施

劉海峰 ，劉惠英,劉廷眾，劉宏亮 ，劉 偉

(1. 河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北省電力公司職業技術培訓中心，石家莊 050031;3.衡水供電公司，河北 衡水 053000)

電力變壓器是電力系統中電能傳輸與分配的重要設備之一，其安全穩定運行十分重要。通過電氣試驗、油化試驗可以及時發現變壓器絕緣缺陷，對于確保電網和設備安全意義重大。下面結合110 kV變壓器介質損耗因數超標缺陷案例，介紹缺陷診斷分析過程和處理措施。

1 缺陷概況

某110 kV變電站1號主變壓器為雙繞組變壓器，型號SFZ10-50000/110，額定電壓110 kV/10.5 kV，聯結組別YNd11，于2002年7月出廠，2003年5月投運。

2008年4月1日，在對該主變壓器進行停電例行試驗時，發現除介質損耗因數超過注意值外，其他試驗結果均正常，介質損耗試驗結果見表1。隨后1年多時間，一直對該變壓器進行油色譜跟蹤監測。2009年5月31日，再次進行停電試驗發現該變壓器介質損耗因數與2008年基本相同，仍是高壓繞組介質損耗因數超標，其他項目正常。

表1 變壓器介質損耗因數tanδ和電容量Cx實測結果

2 缺陷查找

2.1 絕緣油試驗

對該變壓器進行絕緣油常規試驗，并未發現絕緣油有受潮或劣化的跡象，試驗結果正常。該變壓器2006-2008年油中溶解氣體分析結果見表2。

表2 2006-2008年油中溶解氣體測試結果 μL/L

從表2可以看出，該變壓器油中乙炔、總烴及氫的含量并未超過注意值，而2006-2008年，變壓器油中一直有微量乙炔，但比較穩定，沒有繼續增加的趨勢。由此判斷，絕緣油水分的質量分數等油化試驗結果正常，排除絕緣油受潮的可能。

2.2 電容值及介質損耗值計算

通過查看運行記錄，1號主變壓器投運以來一直運行穩定，未發生過負荷、過勵磁及出口或近區短路等不良工況。為進一步分析是何部位有異常，可利用介質損耗試驗實測值推算出繞組對地和繞組之間的電容量及相應的介質損耗因數。測量雙繞組變壓器tanδ和Cx的接線示意見圖1，計算公式見式(1)-(6)。由圖1可知，CH、tanδH、CL、tanδL、CH+L、tanδH+L為實測得到的電容值和介質損耗值，而C1、C2、C3、tanδ1、tanδ2、tanδ3為繞組對地和繞組之間的電容值和介質損耗值。

(a) 高壓繞組-低壓繞組及地 (b) 低壓繞組-高壓繞組及地

(c) 高、低壓繞組-地

(1)

C2=CL-C1

(2)

C3=CH-C2

(3)

(4)

(5)

(6)

經過計算可得，變壓器高壓繞組對地的介質損耗為2.23%，而低壓繞組對地的介質損耗為0.06%，高壓繞組對低壓繞組的介質損耗為0.40%。計算結果表明異常出現在高壓繞組對地之間的主絕緣上。由于負荷等原因，當時并未進行吊罩檢查，現場經過濾油處理后即投入運行，隨后1年時間里該變壓器一直處于監視運行狀態。

2.3 局部放電試驗

2009年6月1日，為進一步分析缺陷原因，并判斷該缺陷是否影響變壓器運行，對該主變壓器進行了局部放電試驗，試驗接線如圖2所示，試驗結果見表3。

圖2 三相雙繞組變壓器局部放電測試接線(以U相為例)

表3 局部放電試驗結果

分析試驗結果發現，U相、W相的放電起始電壓約為V相的2倍，局部放電量嚴重超標，其中V相放電量達6 000 pC，而且三相局部放電波形基本一致，因此判定放電源在V相。為進一步確定缺陷位置，采用以下3種方法對放電源進行定位。

2.3.1 多端子測量法

首先對變壓器分相加壓，同時監測變壓器三相局部放電數據，試驗結果見表4。

表4 分相加壓時三相局部放電測試結果

從表4可知，當局部放電激發時，不論加壓位置在哪一相上，V相局部放電都為5 800 pC，而其它兩相的局部放電均較小，說明放電源在V相。

2.3.2 起始電壓法

為確定放電源的位置，采用起始電壓法進行定位。具體方法是，利用高壓中性點的絕緣水平進行支撐加壓，即將V相、W兩相高壓端子短路并接地，高壓中性點懸空。此時U相高壓端子的電位與之前相同，而其他部位的電位有所改變，加壓時的相量圖見圖3。

圖3 中性點支撐加壓時變壓器相量圖

對不同加壓方式下的放電起始電壓及放電量進行比較，如果放電源在U相高壓繞組的中部或尾端，起始電壓會由于電位不同發生變化；如果放電源在U相高壓繞組首端附近，則起始電壓不會變化。加壓試驗采用uv勵磁、UV接地、O懸空的加壓方式，起始電壓為52.9 kV，試驗結果為V相放電量5 800 pC。從試驗結果可以看出，采用中性點支撐方式加壓時，V相局部放電起始電壓與放電量均未發生明顯變化，說明放電源的電氣位置應該在V相高壓繞組的出線端子附近。

2.3.3 超聲定位法

在變壓器油箱外部的V相高壓側，沿垂直方向依次均勻布置3個超聲探頭。再次升壓后，在測試變壓器局部放電的同時，采用超聲定位法對放電源進行定位。試驗發現，當局部放電測試儀監測到局部放電脈沖時，最上方的探頭收到明顯信號，位于中間的探頭收到的信號較弱，而最下方的探頭收到信號最弱，這說明放電源的空間位置應該在V相高壓繞組的上部。

2.4 外觀檢查

2009年7月將該變壓器返廠解體，廠內檢查發現變壓器V相繞組端部角環上有多處放電痕跡，見圖4；壓板與壓釘接觸部位被燒黑，部分壓釘端頭上的絕緣墊圈已被擊穿，詳細情況見圖5、圖6。

圖4 V相繞組端部角環放電痕跡

圖6 壓釘絕緣墊圈被擊穿痕跡

3 原因分析

110 kV變壓器的主絕緣包括高壓與低壓繞組之間、不同相之間以及對地絕緣和引線等對地或對其他繞組的絕緣，其中包括繞組間的絕緣筒、繞組端部的角環和相間隔板。由于該變壓器角環使用材料的材質不良，在長期工作電壓下發生局部放電，造成絕緣性能降低。同樣，該變壓器壓釘絕緣墊圈采用的是酚醛材料，在高場強作用下被劣化擊穿，并在壓板上燒出痕跡。因此，絕緣材料質量低劣是造成變壓器介質損耗和局部放電超標的主要原因。該變壓器出廠和交接時均未進行局部放電試驗，所以未能及早發現上述缺陷。

4 處理措施

根據變壓器解體情況，在制造廠內制定了處理方案，采取了以下主要措施：

a. 將全部壓釘絕緣墊圈由酚醛材料改為壓縮硬紙板材料；

b. 將三相壓板更換為高絕緣強度的絕緣木壓板；

c. 將高壓繞組的全部角環更換為魏德曼新型材質角環，且更換調壓繞組的角環；

d. 將支架使用的尼龍螺桿、螺母更換為壓縮木質材質件；

e. 將原緊固鐵心的環氧樹脂玻璃布改成新型的聚酯緊固帶。

改進處理后，變壓器一次性順利通過出廠局部放電試驗，恢復投運后至今未見異常。

5 結束語

高壓繞組端部角環等絕緣件選用材料質量低劣是造成此次變壓器介質損耗和局部放電超標的主要原因。診斷變壓器內部缺陷通常需要綜合多種手段進行分析，必須結合電氣試驗、油化分析，以及設備運行、檢修等情況進行綜合判斷，最終確定缺陷的類型及部位。對于110 kV變壓器，應進一步加強赴廠監造和驗收，保證監造和驗收的質量，在變壓器出廠和交接時進行局部放電試驗十分必要。

參考文獻：

[1] 王寅仲，海世杰.電氣試驗[M].2版.北京：中國電力出版社，2008.

[2] 董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京：中國電力出版社，2001.