變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)原因分析

李 良，王朝陽，王春宇,劉忠順

( 國網(wǎng)河北省電力公司滄州供電分公司，河北滄州061001)

1 套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)概況

某地區(qū)雙樓變電站1號(hào)SFSZ10-180000/220主變壓器容量為180 000 kVA，2008年3月出廠，2008年10月投運(yùn)，220 kV側(cè)中性點(diǎn)套管型號(hào)為COT 550-800，電容312 pF，2007年12月出廠，2008年10月投運(yùn)。2010年1月6日，使用AI-6000E儀器對(duì)雙樓站變電1號(hào)主變壓器進(jìn)行例行試驗(yàn)，當(dāng)天天氣晴，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度6 ℃、濕度37%，在對(duì)高壓側(cè)(220 kV側(cè))中性點(diǎn)套管介質(zhì)損耗因數(shù)(tanδ))測(cè)試時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)超過規(guī)程要求值，而且與歷史數(shù)據(jù)比較變化較大。在對(duì)套管表面進(jìn)行干燥、擦拭后，重新測(cè)試該套管介質(zhì)損耗因數(shù)，測(cè)試數(shù)據(jù)沒有明顯變化，見表1。

表1 220 kV側(cè)套管介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)

相別tanδCx/pFC0/pFΔC/%U0.0028386.7383.70.78V0.00277386.73811.5W0.00298389.1383.71.4N(解體后)0.00288313312.10.35N(解體前)0.02380313.6312.10.48

注：ΔC=(Cx-C0)/C0×100%。

2 介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)原因分析

2.1 介質(zhì)損耗因數(shù)增大原理

介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試所用儀器AI-6000E原理為QS1型平衡電橋原理。QS1型電橋接線原理及電橋平衡時(shí)向量圖，見圖1、圖2。

圖1 QS1型電橋接線原理

圖2 QS1電橋平衡時(shí)向量圖

電橋平衡時(shí)，介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量計(jì)算公式如下：

CX=(R4/R3)CN

(1)

tanδ=ωC4R4

(2)

式中：CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器，R4為無感固定電阻，ω為角頻率，以上3個(gè)量均為定量；R3為無感可調(diào)電阻，C4為可調(diào)電容器，以上2個(gè)量為變量。

電橋平衡過程是通過調(diào)節(jié)R3和C4，從而分別改變橋臂電壓的大小和相位來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)R3可以改變UVD的幅值，使之與UUD的大小相等，調(diào)節(jié)C4時(shí)，由于δ很小，所以C4的數(shù)值不大，對(duì)Z4的幅值影響很小，也就是對(duì)UVD的幅值影響很小，只是影響Z4阻抗角的變化，換言之，決定CX、tanδ變化的直接量分別為R3和C4[1]。只要分析出當(dāng)RX增大時(shí)C4如何變化即可得出結(jié)論。

式(1)中由于CX沒有變化，R3沒有變化，接線原理ZX支路中UWD不變，RX增大，回路電流IX減小，R3沒有變化，UUD減小。電橋平衡時(shí)，由于UVD=UUD，因此UVD也要減小。在CN支路中，除C4外其他量均為定量，要想使UVD減小，只能調(diào)節(jié)C4使之增大，使電橋達(dá)到平衡，由于前面分析C4的變化決定介質(zhì)損耗的變化，從而介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ增大。

2.2 直流電阻試驗(yàn)分析

使用BZC3391型直流電阻測(cè)試儀，采用三通道的測(cè)試方式對(duì)三相直流電阻同時(shí)進(jìn)行測(cè)試。對(duì)有中性點(diǎn)引出的星形接線進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試原理見圖3，測(cè)試結(jié)果見表2。

圖3 直流電阻測(cè)試原理

表2 220 kV側(cè)直流電阻數(shù)據(jù)

分接位置RUN/mΩRVN/mΩRWN/mΩΔR/%1313.4313.8314.70.412308.6309.9310.30.553303.2304.9304.70.564298.5298.7300.10.535293.3295.1294.50.616288.6289.3290.00.487283.2285.6284.50.848278.4280.0279.80.579272.3272.0272.60.2210277.8278.6278.60.2911283.1283.8284.40.46

注：ΔR為RUN、RVN、RWN三者間最大互差與最小者的比值。

從表2可以看出，直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)在合格范圍內(nèi)，三相互差未超出規(guī)程規(guī)定值2%。通常情況下，如果套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)是由一次回路接觸不良導(dǎo)致的，會(huì)從直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)上反應(yīng)出來，但該只套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)卻未反應(yīng)到直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)上，主要原因需從試驗(yàn)儀器的測(cè)試原理進(jìn)行分析。

從圖3及其計(jì)算公式可以看出： BZC3391型直流電阻測(cè)試儀的測(cè)試原理為電流電壓法，在變壓器直流電阻測(cè)試過程中電流只在三相繞組中流過，電流回路不經(jīng)過中性點(diǎn)，在變壓器中性點(diǎn)只是取一個(gè)電壓信號(hào)，中性點(diǎn)套管一次導(dǎo)電桿接觸不良增加的阻值相對(duì)于電壓表的內(nèi)阻來說很小，對(duì)取得電壓信號(hào)基本沒有影響，同時(shí)電流值是不變的，經(jīng)儀器計(jì)算后得出的直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本不變。因此，該套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)未能通過直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)反應(yīng)出主要原因。

2.3 介質(zhì)損耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

高壓側(cè)中性點(diǎn)套管測(cè)試采用正接線方式，高壓側(cè)短封接高壓線，中、低壓側(cè)短封接地，套管末屏取信號(hào)。第1次介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為0.028，超過規(guī)程要求，且與歷史數(shù)據(jù)比較相差很大，由于主變壓器周圍無帶電設(shè)備，且現(xiàn)場(chǎng)采用正接線方式，基本不存在外界電場(chǎng)干擾。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及該主變壓器周圍設(shè)備運(yùn)行情況，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步分析，導(dǎo)致介質(zhì)損耗因數(shù)偏大的原因可能為：試驗(yàn)接線一次回路接觸不良(將軍帽松動(dòng)、導(dǎo)電桿松動(dòng)或套管末屏接觸不良)；套管內(nèi)部受潮、擊穿，表面潮濕、臟污；高壓引線與套管夾角太小存在雜散電容。結(jié)合電容量綜合分析，由于電容量近似相等，相差不大，可排除套管內(nèi)部受潮、擊穿的可能。介質(zhì)損耗因數(shù)與電容量、一次回路等效電阻關(guān)系式：

tanδ=P/Q=ωCXRX

(3)

由公式(3)可以看出，CX沒有變化，ω為定量，所以導(dǎo)致介質(zhì)損耗因數(shù)增大的量為RX，因此推斷套管一次接觸不良，可能的位置在一次導(dǎo)電桿或套管末屏處。

隨后對(duì)套管進(jìn)行末屏介質(zhì)損耗試驗(yàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)正常，排除了末屏接觸不良的可能，確定導(dǎo)致介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)的原因?yàn)樘坠芤淮螌?dǎo)電桿處連接松動(dòng)。

2.4 原因確定

綜合以上直流電阻和介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)分析可以看出，由于直流電阻測(cè)試過程中電流

回路不經(jīng)過中性點(diǎn)套管，直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化不明顯；處理前后2次試驗(yàn)的介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)據(jù)變化明顯，電容量沒有變化。由此可見，套管一次導(dǎo)電桿接觸不良是導(dǎo)致其介質(zhì)損耗因數(shù)值超標(biāo)的根本原因。

對(duì)套管一次導(dǎo)電桿螺桿進(jìn)行解體，在拆除過程中發(fā)現(xiàn)一次連接松動(dòng)。將外部螺帽拆除后直接將短封線接于內(nèi)螺桿處進(jìn)行測(cè)試，tanδ為0.0035，數(shù)據(jù)正常。通過對(duì)套管一次處理前后的介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，tanδ由最初的0.028變?yōu)?.0035，處理前由于一次將軍帽導(dǎo)電桿處接觸不良，相當(dāng)于在被試品回路中串入一個(gè)電阻，導(dǎo)致有功分量增大，無功分量保持不變，介質(zhì)損耗角增大。

3 防范及判定套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)的建議

套管介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量測(cè)量是判斷套管絕緣狀況的一項(xiàng)重要手段。由于套管體積較小，電容量較小(幾百pF)，因此測(cè)量其介質(zhì)損耗可以較靈敏地反映套管劣化受潮及某些局部缺陷。測(cè)量其電容量也可以發(fā)現(xiàn)套管電容芯層局部擊穿、嚴(yán)重漏油、小套管斷線及接觸不良等缺陷[2]。

鑒于以上分析認(rèn)為，套管一次導(dǎo)電桿接觸不良是導(dǎo)致其介質(zhì)損耗因數(shù)值超標(biāo)的根本原因。如果簡單的從介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)據(jù)超出規(guī)程要求值就判斷套管不合格的話，很容易出現(xiàn)將合格的套管更換掉，耗費(fèi)大量的人力、物力。因此，在今后的變壓器套管選型及其介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試方面提出以下建議。

a. 在變壓器套管的選型上，訂貨應(yīng)綜合考慮各方面的因素，選用適合現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)的、結(jié)構(gòu)合理的產(chǎn)品。

b. 在對(duì)設(shè)備的交接驗(yàn)收過程中，各專業(yè)工作人員一定要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，尤其是檢修人員要注意細(xì)節(jié)。

c. 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)人員要熟知設(shè)備結(jié)構(gòu)，認(rèn)真檢查各個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)，結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析，得出正確的試驗(yàn)結(jié)論，避免對(duì)被試品進(jìn)行誤判、錯(cuò)判。

d. 現(xiàn)場(chǎng)主變壓器直流電阻測(cè)試中，當(dāng)采用三相同時(shí)測(cè)試時(shí)，需將測(cè)試數(shù)據(jù)與初值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)異常，可采用相間或單相測(cè)試的方法來判斷是否為中性點(diǎn)引線故障，以便進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)做出正確的判斷。

e. 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)，應(yīng)將變壓器繞組連同中性點(diǎn)短接后接高壓引線，以避免變壓器繞組電感、變壓器本體電容對(duì)套管介質(zhì)損耗和電容量的影響。

f． 測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量使套管附近無梯子、構(gòu)架等雜物，試驗(yàn)人員遠(yuǎn)離被試套管，以提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

g． 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)先排除末屏小套管表面臟污、內(nèi)部斷線、接觸不良等因素導(dǎo)致的變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)現(xiàn)象，避免誤判。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李建明，朱 康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 陳天翔，王寅仲.電氣試驗(yàn)[M].北京：中國電力出版社，2005.