某高壓廠用變壓器繞組絕緣低的分析及診斷

于凱 薛松 袁飛帆 王鵬

摘要：某1030MW火電機(jī)組高廠變例行預(yù)防性試驗時，工頻耐壓試驗結(jié)果不合格。文章對變壓器繞組及引線的主絕緣進(jìn)行了闡述，分析了絕緣薄弱點(diǎn)，并結(jié)合預(yù)防性試驗的結(jié)果推斷故障可能發(fā)生在繞組引線與鐵軛或夾件之間，對變壓器進(jìn)行解體后發(fā)現(xiàn)，低壓側(cè)1分支B相尾端引線已觸碰到鐵芯夾件，油隙較小，耐壓試驗時超過變壓器油的擊穿電壓。

關(guān)鍵詞：變壓器；工頻耐壓試驗；絕緣間隙；引線；塑形處理 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM405 文章編號：1009-2374（2016）10-0140-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.069

預(yù)防性試驗是電力設(shè)備技術(shù)監(jiān)督工作中的重要一環(huán)，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，預(yù)防事故發(fā)生和設(shè)備損壞。作為發(fā)電廠重要設(shè)備的高壓廠用變壓器，廠用電壓等級（10kV/6kV）的預(yù)防性試驗項目主要有直流電阻、絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)、直流泄露電流、繞組連同套管的介質(zhì)損耗、交流耐壓試驗、鐵心對地絕緣電阻等。進(jìn)行上述試驗時，先進(jìn)行絕緣電阻、直流泄露電流、繞組連同套管的介質(zhì)損耗等非破壞性試驗，試驗合格后進(jìn)行交流耐壓試驗。交流耐壓試驗是最直接的考核主絕緣帶電部位對接地部位之間、不同繞組之間絕緣強(qiáng)度最有效的方法，通過它可以發(fā)現(xiàn)絕緣結(jié)構(gòu)在制造過程存在的嚴(yán)重缺陷。DL/T 596規(guī)定10kV及以下變壓器1～5年進(jìn)行例行交流耐壓試驗。現(xiàn)場中一般以交流耐壓試驗的結(jié)果作為設(shè)備是否能夠投運(yùn)的依據(jù)。

1 經(jīng)過

某1030MW火電機(jī)組#1高廠變?yōu)镾FF10-CY-78000/27型分裂繞組變壓器，無載調(diào)壓方式，額定電壓為27/10.5kV。2015年消缺性修理后進(jìn)行了預(yù)防性試驗，試驗記錄如表1所示：

如表1所示，該高廠變高壓側(cè)、低壓側(cè)2分支各項試驗合格。低壓側(cè)1分支的非破壞性試驗均合格，但在進(jìn)行外施交流耐壓試驗時，試驗電壓升至12kV（目標(biāo)電壓18kV）時耐壓設(shè)備跳閘，耐壓后2500V絕緣電阻表測試絕緣電阻仍為16000/10000MΩ（R60s/R15s）。檢查接線及耐壓設(shè)備無誤后進(jìn)行第二次耐壓試驗，在電壓升至4kV時設(shè)備跳閘，2500V絕緣電阻表測試絕緣降為15MΩ，10kV絕緣電阻表和5kV絕緣電阻表測試絕緣電阻下降為零，再次用2500V絕緣電阻表測試絕緣下降為0.86MΩ，判斷這時絕緣已擊穿。

2 原因分析及處理

變壓器故障原因較為復(fù)雜，比如設(shè)計不合理，材料質(zhì)量不良，工藝不佳，運(yùn)輸、裝卸和包裝不當(dāng)，現(xiàn)場安裝質(zhì)量缺陷，運(yùn)行過負(fù)荷或操作不當(dāng)，維護(hù)管理不善或不充分，雷擊或動物危害等。在參考文獻(xiàn)[2]對240臺經(jīng)內(nèi)部檢查證實的變壓器故障原因統(tǒng)計結(jié)果中，繞組及引線出現(xiàn)的故障有引線接頭燒熔發(fā)生電弧、引線對油箱或夾件放電、火花放電、繞組墊塊與圍屏發(fā)生樹枝狀放電等，其中引線對接地構(gòu)件放電的原因有引線彎曲部分距離接地件太近、引線絕緣進(jìn)水受潮、操作過電壓等。該變壓器正常運(yùn)行時色譜分析結(jié)果無異常，預(yù)防性試驗時非破壞性試驗合格，耐壓試驗升至12kV電壓下?lián)舸梢曰九卸ㄗ儔浩鲹舸┣盁o故障，由于繞組或引線的絕緣強(qiáng)度不足，在高于工作電壓的試驗電壓下對地?fù)舸?/p>

繞組的主絕緣分為繞組相間或高低壓間絕緣、繞組對鐵芯柱絕緣、繞組端部對鐵軛間絕緣、繞組對油箱間絕緣，繞組對地?fù)舸┛赡馨l(fā)生在繞組與鐵芯柱之間、繞組端部與鐵軛之間或者繞組與油箱之間。其中，繞組與鐵芯柱之間的電場是同軸圓柱電場，屬于稍不均勻電場，絕緣采用油隔板結(jié)構(gòu)，擊穿電壓較高；繞組端部與鐵軛間的電場是尖對尖、尖對板電場，屬于極不均勻電場，擊穿電壓較低，為了改善電場分布，一般加裝靜電板；繞組對油箱間的電場屬于稍不均勻電場，以變壓器油為主要絕緣介質(zhì)。引線主絕緣分為相間引線絕緣、引線對地絕緣。為減小變壓器體積和重量，電壓等級較低的高壓引線外通常包裹一定厚度的絕緣層以降低油隙中電場強(qiáng)度，電壓等級較高的引線還要加設(shè)絕緣隔板或屏蔽層。引線主絕緣中，不同相引線之間的電場是板對板稍不均勻電場，擊穿電壓較高，但引線對鐵軛、油箱等接地件是尖對尖的極不均勻電場，擊穿電壓較低。引線對地絕緣擊穿的部位可能發(fā)生在引線與夾件之間。該型號變壓器的低壓側(cè)為分裂繞組上下布置，1分支在變壓器下側(cè)，繞組引線經(jīng)過外聯(lián)母排從變壓器上側(cè)引出，外引部分較長，擊穿部位最有可能在繞組引線與鐵軛或夾件之間。

變壓器放油后，技術(shù)人員進(jìn)入變壓器內(nèi)部檢查，通過測量絕緣電阻發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)1分支B相引線處有放電聲音。變壓器鐵芯被吊出后，發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)1分支B相尾端引線（圖1中左側(cè)引線）外絕緣（瓦楞紙）已觸碰到鐵芯夾件，沒有足夠的油隙，對引線的絕緣造成了很大的影響。變壓器引線對夾件的絕緣包括絕緣紙和變壓器油，屬于油-油紙結(jié)構(gòu)。對于10kV等級的引出線，一般在繞組端頭附近包裹以適當(dāng)厚度的絕緣紙，并使引線離繞組稍遠(yuǎn)些。絕緣紙由未漂硫酸鹽纖維素制成，單層厚度在0.3～0.4mm之間，經(jīng)干燥并浸漬變壓器油后，皺紋絕緣紙可達(dá)到2.5kV/層（國產(chǎn)），變壓器油經(jīng)過充分過濾后的擊穿電壓可以達(dá)到60kV/2.5mm。在工頻電壓的作用下，不同絕緣材料中的電場強(qiáng)度與相對介電常數(shù)成反比。變壓器油和浸油絕緣紙的相對介電常數(shù)分別為2.2、3.5，油的絕緣強(qiáng)度弱于油紙，因此變壓器油是油-油紙絕緣結(jié)構(gòu)中的薄弱點(diǎn)，B相尾端引線油隙的減小使其絕緣強(qiáng)度下降。同時，變壓器運(yùn)行時，繞組中負(fù)荷電流的熱效應(yīng)會使絕緣紙溫度升高，變壓器油可以進(jìn)行散熱。但是油隙減小導(dǎo)致散熱效果下降后，熱的作用使絕緣紙的纖維素降低，絕緣強(qiáng)度下降。另外，引線與夾件上金屬構(gòu)件間的電場屬于極不均勻電場，電場狀況較差。在上述因素的共同作用下，B相尾端引線絕緣在耐壓試驗時

擊穿。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)：低壓側(cè)1分支A相尾端引線距離夾件有一定的間隙，B、C相尾端引線較A相長，C相尾端引線經(jīng)過側(cè)向偏移等塑形處理距離夾件也有一定的間隙，但B相沒有經(jīng)過合適的塑形處理。由于外聯(lián)母排的位置已固定，所以其引線外絕緣觸碰到鐵芯夾件。隨后，廠家將原有絕緣紙撕下，將引線向側(cè)向適當(dāng)延展，和夾件間留出一定的絕緣間隙，并更換了新的絕緣紙。處理后，2500V絕緣電阻表測試絕緣電阻為6000/4000MΩ，耐壓試驗也通過。

3 結(jié)語

變壓器是強(qiáng)電場的電力設(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繞組端部對鐵軛、引線對夾件的電場屬于極不均勻電場，對絕緣水平要求高，制造過程中應(yīng)嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。變壓器油兼具絕緣和散熱的作用，因此不同電位部位之間應(yīng)留有一定的絕緣間隙。運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)根據(jù)規(guī)程和設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行預(yù)防性試驗，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。本文對變壓器繞組及引線的主絕緣進(jìn)行了闡述，分析了絕緣薄弱點(diǎn)，并結(jié)合預(yù)防性試驗的結(jié)果判斷絕緣故障的可能發(fā)生部位，對變壓器維護(hù)和檢修工作提供了一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘洪壁，等.電力變壓器檢修與試驗手冊[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2] 操敦奎，等.變壓器運(yùn)行維護(hù)與故障分析處理[M].北京：中國電力出版社，2008.

[3] 謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

作者簡介：于凱（1982-），男，河南平頂山人，中電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心工程師，碩士，研究方向：發(fā)電廠電力設(shè)備絕緣監(jiān)督、故障診斷等。

（責(zé)任編輯：周 瓊）