一起110 kV變壓器懸浮放電故障分析與處理

莊先濤，郝 為，張薷方

（國(guó)網(wǎng)遂寧供電公司，四川 遂寧 629000）

0 引 言

電力變壓器內(nèi)部故障主要包括絕緣故障、熱故障以及機(jī)械故障3種類型。統(tǒng)計(jì)表明，內(nèi)部絕緣故障占比較大，而局部放電是導(dǎo)致絕緣故障的主要原因[1,2]。局部放電表現(xiàn)為絕緣局部區(qū)域內(nèi)的微小放電，若持續(xù)發(fā)展，將導(dǎo)致絕緣進(jìn)一步劣化，最終使整個(gè)絕緣系統(tǒng)失效[3]。因此，對(duì)電力變壓器開(kāi)展局部放電檢測(cè)及診斷，有助于提高設(shè)備運(yùn)維管理水平，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

電力變壓器局部放電過(guò)程中會(huì)伴隨電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及局部過(guò)熱等信號(hào)，而且會(huì)使絕緣材料分解產(chǎn)生一些新的化學(xué)產(chǎn)物。針對(duì)上述物理、化學(xué)現(xiàn)象，相應(yīng)出現(xiàn)了諸多檢測(cè)技術(shù)，如脈沖電流法、高頻法、超聲波法、特高頻局放檢測(cè)法以及油中溶解氣體分析法等。脈沖電流法通過(guò)在套管末屏接地線處串入檢測(cè)阻抗以耦合電脈沖信號(hào)，該方法能開(kāi)展定量分析，適用于停電試驗(yàn)[4]。高頻法通過(guò)在接地線上穿過(guò)高頻電流傳感器實(shí)現(xiàn)非電接觸式測(cè)量，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行，廣泛應(yīng)用在帶電檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)中[5]。超聲波法通過(guò)在油箱外殼布置超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)局部放電檢測(cè)，具有抗電磁干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，因此該方法在現(xiàn)場(chǎng)只能作為一種輔助測(cè)量手段[6]。特高頻局放檢測(cè)法采用特高頻傳感器耦合局部放電產(chǎn)生的電磁波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，由于變壓器油箱屏蔽效果好，外置式特高頻傳感器在現(xiàn)場(chǎng)使用效果欠佳[7-10]。油中溶解氣體分析法通過(guò)檢測(cè)特征氣體含量，判斷變壓器是否存在故障，不受電磁干擾影響，既適用于離線檢測(cè)，又適用于帶電檢測(cè)。不同的局部放電檢測(cè)技術(shù)各具優(yōu)缺點(diǎn)，技術(shù)人員往往將多種檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，用于局部放電的檢測(cè)、診斷及定位，現(xiàn)場(chǎng)使用效果較好。

針對(duì)某110 kV變壓器，本文通過(guò)脈沖電流法發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部A相存在局部放電信號(hào)，通過(guò)油中溶解氣體分析法發(fā)現(xiàn)乙炔含量超標(biāo)，最終吊罩解體發(fā)現(xiàn)是由于壓釘碗松動(dòng)導(dǎo)致懸浮放電，為今后處理類似變壓器缺陷提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 變壓器運(yùn)行工況

某110 kV變電站擴(kuò)建工程新增1臺(tái)110 kV變壓器，2021年4月出廠，型號(hào)為SSZ11-50000/110，額定容量為50000/50000/50000 kVA，其基本信息如表1所示。

表1 變壓器基本信息

2021年4月30日，該主變投運(yùn)，油色譜未發(fā)現(xiàn)異常。2021年5月14日，試驗(yàn)人員對(duì)該主變進(jìn)行帶電檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在局部放電信號(hào)，油中溶解乙炔含量為1.14 μL/L。次日，再次檢測(cè)發(fā)現(xiàn)異常放電信號(hào)依然存在，乙炔含量為1.12 μL/L。歷次油色譜數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 油色譜數(shù)據(jù)

根據(jù)帶電檢測(cè)結(jié)果初步判斷，該變壓器內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象，因此對(duì)該主變進(jìn)行停電試驗(yàn)和檢查。

2 局部放電帶電檢測(cè)及分析

試驗(yàn)人員對(duì)該主變進(jìn)行了高頻局部放電檢測(cè)，在鐵芯和夾件接地線處檢測(cè)到異常信號(hào)，局部放電相位分布（Phase Resolved Partical Discharge，PRPD）圖譜及脈沖序列相位分布（Phase Resolved Pulse Sequence，PRPS）圖譜如圖1所示。可以看出，在工頻相位的正、負(fù)半周均有放電信號(hào)，信號(hào)幅值相近，大于60 dB。正負(fù)半周信號(hào)對(duì)稱性高，具有100 Hz相關(guān)性和典型的懸浮放電特征。

圖1 變壓器高頻局放檢測(cè)結(jié)果

為確定此放電信號(hào)是否來(lái)自變壓器內(nèi)部，在該主變外部空間中進(jìn)行特高頻局部放電檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。因此，推判此放電信號(hào)來(lái)自變壓器內(nèi)部。

3 停電試驗(yàn)及分析

該主變停電后，試驗(yàn)人員對(duì)繞組絕緣電阻、直流電阻、變比、電容量及介損等開(kāi)展了測(cè)試，均未見(jiàn)異常。為進(jìn)一步檢測(cè)變壓器主絕緣狀態(tài)，開(kāi)展了長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓帶局部放電試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)采用單相加壓法，三相檢測(cè)結(jié)果如表3所示。可以看出，B相、C相局放量均小于50 pC，試驗(yàn)合格。而A相進(jìn)行感應(yīng)耐壓時(shí)，當(dāng)電壓加至1.1U m√3，局放量將近45 pC，當(dāng)加壓上升至1.5U m√3時(shí)，局放量將近560 pC。在1.5U m√3電壓下持續(xù)30 min，局放始終保持在560 pC。此時(shí)，在A相低壓側(cè)箱壁附近，可聽(tīng)見(jiàn)來(lái)自變壓器內(nèi)部的放電聲。當(dāng)電壓降至1.1U m√3時(shí)，局放量下降至43 pC，內(nèi)部放電聲也消失。

表3 長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)耐壓帶局部放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)24 h后，油色譜數(shù)據(jù)顯示乙炔含量為2.12 μL/L，相較試驗(yàn)前大約增長(zhǎng)一倍。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果綜合考慮，分析認(rèn)為主變壓器內(nèi)部存在低能量放電，發(fā)生在線圈外部，放電類型是裸電極放電。

4 解體檢查及處理

為確認(rèn)缺陷情況，技術(shù)人員經(jīng)人孔進(jìn)入主變壓器內(nèi)部檢查，由于變壓器內(nèi)部光線較暗且空間狹窄，未能找到放電痕跡，于是對(duì)該主變進(jìn)行吊罩檢查。

由于A相感應(yīng)耐壓試驗(yàn)存在異常，技術(shù)人員重點(diǎn)檢查了A相，用內(nèi)窺鏡檢查A相低壓、中壓線圈首端及尾端，未見(jiàn)放電痕跡。檢查低壓引線連接無(wú)松動(dòng)，A相低壓側(cè)4個(gè)器身壓釘螺栓與鎖緊螺母無(wú)松動(dòng)，拉桿與鐵芯無(wú)短接，磁屏蔽與油箱單點(diǎn)接地?zé)o松動(dòng)。檢查4個(gè)壓釘螺栓下部壓釘碗時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一只壓釘碗未壓緊，可輕易水平移動(dòng)，如圖2所示。

圖2 壓釘碗松動(dòng)

松開(kāi)備緊螺母，取出壓釘和壓釘碗，發(fā)現(xiàn)壓釘碗內(nèi)壁邊緣有明顯毛刺，目測(cè)長(zhǎng)度約2 cm，壓釘接觸面有放電過(guò)熱痕跡，如圖3所示。

圖3 壓釘與壓釘碗缺陷

從壓釘碗內(nèi)壁擠壓的毛刺可知，在主變生產(chǎn)制造階段線圈軸向壓緊時(shí)，由于操作失誤將壓釘螺栓壓在壓釘碗邊緣上，而沒(méi)有壓到壓釘碗槽中，造成壓釘在壓釘碗邊緣擠壓出毛刺。出廠局放試驗(yàn)和油色譜試驗(yàn)合格，說(shuō)明試驗(yàn)時(shí)壓釘仍可靠虛壓在壓釘碗邊緣，二者未出現(xiàn)松動(dòng)間隙，如圖4（a）所示。而主變壓器在運(yùn)輸、安裝或運(yùn)行過(guò)程中，因振動(dòng)導(dǎo)致壓釘碗脫離虛壓束縛，形成松動(dòng)間隙，造成壓釘碗軸向沒(méi)有被壓緊，如圖4（b）所示。主變正常運(yùn)行時(shí)壓釘碗與壓釘螺栓、夾件以及拉板等形成等電位，通過(guò)接地套管引出接地。當(dāng)壓釘碗與壓釘螺栓之間存在間隙時(shí)，壓釘碗處于懸浮電位，進(jìn)而引發(fā)放電。

圖4 壓釘與壓釘碗缺陷示意圖

確認(rèn)故障點(diǎn)后，清除壓釘碗內(nèi)壓偏產(chǎn)生的金屬毛刺，并緊固壓釘螺栓及鎖緊螺母，確保壓釘碗與壓釘螺栓可靠連接。故障點(diǎn)處理完畢后，主變投網(wǎng)運(yùn)行，異常信號(hào)消失。

5 結(jié) 論

采用油中溶解氣體分析法和局部放電檢測(cè)等手段可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部放電缺陷，對(duì)于保障設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。本次變壓器局部放電缺陷是由于壓釘碗松動(dòng)，與壓釘螺栓虛壓，進(jìn)而導(dǎo)致懸浮放電。運(yùn)維單位應(yīng)做好變壓器廠內(nèi)監(jiān)造工作，注意檢查壓釘碗是否可靠壓緊，嚴(yán)格把控制造中間環(huán)節(jié)與試驗(yàn)環(huán)節(jié)，提高新入網(wǎng)設(shè)備質(zhì)量安全。此外，由于某些結(jié)構(gòu)件的虛壓缺陷在出廠試驗(yàn)和交接試驗(yàn)中未必能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，往往是發(fā)展到一定階段才會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，因此要加強(qiáng)設(shè)備狀態(tài)檢修例行試驗(yàn)和帶電檢測(cè)，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)相結(jié)合，綜合判斷設(shè)備狀態(tài)。