中性點(diǎn)變壓器耐壓試驗(yàn)未通過的原因分析

徐國華，王梓琪，龔劍超

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺317200）

1 概述

某抽水蓄能電廠共有4臺300 MW機(jī)組和4臺360 MVA主變，機(jī)端電壓18 kV，機(jī)組和主變采用聯(lián)合單元接線，主變高壓側(cè)額定電壓520 kV，500 kV系統(tǒng)采用內(nèi)橋接線方式，正常運(yùn)行方式為500 kV橋開關(guān)在合閘位置，500 kV系統(tǒng)合環(huán)運(yùn)行。電廠主接線見圖1。

發(fā)電電動(dòng)機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器的作用是為中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)提供一個(gè)人為的中性點(diǎn)，便于采用消弧線圈或小電阻的接地方式，以降低配電網(wǎng)發(fā)生接地短路故障時(shí)的對地電容電流大小，提高設(shè)備的可靠性[1]。中性點(diǎn)變壓器相關(guān)參數(shù)如表1。

表1 中性點(diǎn)設(shè)備規(guī)范

電力設(shè)備在運(yùn)行中，絕緣長期受著電場、溫度和機(jī)械振動(dòng)的作用會(huì)逐漸發(fā)生劣化，形成缺陷。各種預(yù)防性試驗(yàn)方法，各有所長，均能分別發(fā)現(xiàn)一些缺陷，反映出絕緣的狀況，但其他試驗(yàn)方法的試驗(yàn)電壓往往都低于電力設(shè)備的工作電壓，只有交流耐壓試驗(yàn)比運(yùn)行電壓高，因此，交流耐壓試驗(yàn)是保證中性點(diǎn)變壓器安全運(yùn)行的一個(gè)重要手段，是鑒定其絕緣強(qiáng)度最有效和最直接的方法[2]。本文通過分析一起中性點(diǎn)變壓器耐壓試驗(yàn)擊穿情況，明確了擊穿原因，驗(yàn)證了預(yù)防性試驗(yàn)的必要性，也積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象及原因分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

某抽水蓄能電廠2號機(jī)結(jié)合C級檢修工作進(jìn)行中性點(diǎn)變壓器預(yù)防性試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容為：

（1）繞組絕緣電阻測量。

（2）繞組直流電阻測量。

（3）繞組交流耐壓試驗(yàn)。

試驗(yàn)人員確認(rèn)2號機(jī)中性點(diǎn)變壓器高壓繞組尾端接地和低壓繞組引出線已經(jīng)拆除，現(xiàn)場安全措施滿足試驗(yàn)條件后，開始試驗(yàn)。首先進(jìn)行的是變壓器繞組直流電阻測量試驗(yàn)和絕緣電阻測量試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見表2和表3，與歷次數(shù)據(jù)比對后，滿足規(guī)程相關(guān)要求。

表2 高、低壓繞組直流電阻

表3 絕緣電阻

圖1 主接線圖

之后，試驗(yàn)人員進(jìn)行變壓器高壓繞組交流耐壓試驗(yàn)，準(zhǔn)備工作如下：①確認(rèn)變壓器各繞組引線已斷開，且斷開點(diǎn)有足夠的安全距離，避免外部的影響；②依據(jù)該變壓器出廠試驗(yàn)報(bào)告電壓以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[3]確定試驗(yàn)電壓，本次計(jì)劃試驗(yàn)電壓不高于出廠試驗(yàn)電壓50 kV的80%，計(jì)劃使用36 kV對高壓繞組進(jìn)行耐壓試驗(yàn)；③確定電源電壓為220 V，選定的工頻耐壓試驗(yàn)儀滿足要求，確認(rèn)試驗(yàn)儀器工作正常；④將被試高壓繞組接試驗(yàn)儀器高壓輸出端，非被試?yán)@組（低壓繞組）及鐵心接地，工作負(fù)責(zé)人核查接線正確，且接地部分牢固可靠；⑤檢查試驗(yàn)接線準(zhǔn)確，儀器儀表和調(diào)壓器零位均準(zhǔn)確無誤，經(jīng)工作負(fù)責(zé)人同意后開始加壓。

試驗(yàn)人員合上試驗(yàn)儀器電源，勻速加壓，并監(jiān)視電壓及電流表指示。在升壓至32 kV時(shí)，聽到有異響并觀察到變壓器高壓線圈處有火花，試驗(yàn)操作人員迅速降壓并切斷電源，對變壓器高壓繞組放電后，立即檢查該變壓器的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變壓器外側(cè)上部有灼燒痕跡。如圖2所示。

圖2 中性點(diǎn)變壓器故障點(diǎn)圖片

2.2 原因分析

試驗(yàn)人員對變壓器進(jìn)行變比測試，儀器試驗(yàn)電壓為160 V。額定變比是10392/500=20.784，測得變比為20.783，數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

再次對變壓器進(jìn)行絕緣電阻測試，測試結(jié)果如表4所示。

表4 絕緣電阻

測試電壓為2.5 kV時(shí)，無法測出高壓繞組-低壓繞組及地及高壓繞組擊穿點(diǎn)處的絕緣電阻，當(dāng)測試電壓為1.0 kV時(shí)，高壓繞組-低壓繞組及地及高壓繞組擊穿點(diǎn)處的絕緣電阻值為1.76 GΩ。測試接線圖3所示。

圖3 測試接線

從上述試驗(yàn)結(jié)果來看，可以確定中性點(diǎn)變壓器故障點(diǎn)高壓繞組絕緣損壞，擊穿電壓介于1～2.5 kV之間。故障原因分析如下：

（1）中性點(diǎn)變壓器投運(yùn)12年，絕緣性能降低。

（2）中性點(diǎn)變壓器在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)僅有故障點(diǎn)一處擊穿，說明故障點(diǎn)處絕緣較其他處不良。

（3）中性點(diǎn)變壓器運(yùn)行環(huán)境封閉，不存在故障點(diǎn)處絕緣材料加速老化條件，且變壓器整體絕緣、高壓繞組直流電阻無較大變化，可排除故障點(diǎn)處絕緣材料因環(huán)境而產(chǎn)生加速老化問題。

綜上所述。中性點(diǎn)變壓器整體絕緣性能降低，且故障點(diǎn)處絕緣油紙纏繞工藝不良，存在雜質(zhì)或氣泡，隨著試驗(yàn)電壓的升高，高壓繞組絕緣油紙擊穿并燒毀。

2.3 處理過程

（1）更換同型號變壓器1臺，更換后的變壓器各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足相關(guān)規(guī)程要求。

（2）經(jīng)測試接地變壓器阻抗與原接地變壓器阻抗相同，對2號機(jī)進(jìn)行試運(yùn)行，發(fā)電電動(dòng)機(jī)與母線設(shè)備未出現(xiàn)諧振情況，電流電壓未發(fā)生較大變化。

2.4 防范措施

（1）將中性點(diǎn)變壓器納入事故備品備件計(jì)劃，及時(shí)采購，確保數(shù)量充足。

（2）舉一反三，加強(qiáng)對其他機(jī)組中性點(diǎn)變壓器監(jiān)測。

（3）按照技術(shù)監(jiān)督要求，認(rèn)真做好機(jī)組中性點(diǎn)預(yù)防性試驗(yàn)。

3 結(jié)論

抽水蓄能電站在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用任務(wù)，正發(fā)揮著越來越重要的作用[4]。抽水蓄能機(jī)組與常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組相比，主要區(qū)別是穩(wěn)定運(yùn)行工況多，工況轉(zhuǎn)換復(fù)雜，而且轉(zhuǎn)換操作頻繁，對于參與日調(diào)節(jié)的機(jī)組，每天至少要啟停1次，有時(shí)需要啟停多次，并且對于各種工況的轉(zhuǎn)換時(shí)間也有嚴(yán)格的要求。作為機(jī)組的關(guān)鍵設(shè)備，中性點(diǎn)變壓器能否穩(wěn)定運(yùn)行對于抽水蓄能電廠以及整個(gè)電網(wǎng)都有著極為重要的意義。加強(qiáng)對中性點(diǎn)變壓器的監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)隱患，就顯得尤為重要。在變壓器計(jì)劃檢修或故障診斷中，預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果依舊是不可缺少的診斷參量，在具體實(shí)施過程中，應(yīng)將幾個(gè)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果有機(jī)結(jié)合起來綜合分析，這將有效提高判定的準(zhǔn)確性[5]。