變壓器電弧放電故障原因分析及預控措施

張 浩，郭 宇

（國網陜西省電力有限公司 榆林供電公司，陜西 榆林 719000）

0 引 言

變壓器是重要的電源設備，新建變電站啟動過程中變壓器能否順利投運是新建輸變電投運是否成功投運的重要標志。根據《電力設備預防性試驗規程》（DL/T 596—1996）變壓器部分的要求，新投運變壓器需進行沖擊合閘試驗5次，以便檢查變壓器制造工藝是否合格、絕緣狀況是否良好、保護裝置是否能夠正確動作等。如果變壓器制造工藝不合格、絕緣不滿足配置要求則常會發生各類異常放電甚至燒毀變壓器等嚴重情況，所以變壓器沖擊合閘試驗是檢測變壓器質量重要的環節。

1 案例分析

某變電站于2016年7月完成2臺型號為SSZ10-M-50000/110變壓器的安裝，正式投運前開展了交接試驗、局放試驗、繞組變形試驗等試驗項目，試驗均合格。啟動過程中進行第1次沖擊合閘試驗，合閘試驗后進行一次、二次設備檢查均未發生異常；10 min后進行第2次沖擊合閘試驗，也未發生異常情況；進行第3次沖擊合閘試驗時發現在變壓器上下箱蓋連接處發生電弧放電情況。停運后對變壓器差動保護、瓦斯保護、壓力釋放等保護裝置進行檢查未發生動作，此外對引線、外殼等外觀檢查也均未發生外殼變形以及存在異物等情況，再次沖擊合閘時，依然存在電弧放電情況。

1.1 初步分析

根據上述電弧放電部位和保護裝置動作情況初步分析判斷：上下油箱連接處短路連接環可能存在松動，由于連接處出現松動，造成連接處接觸不良，上下殼之間產生電位差，進而引起局部放電情況。根據分析情況對連接環進行了重新打磨處理拆裝，處理完成后再次進行主變沖擊試驗但依然存在間歇性電弧放電情況，所以該主變電弧放電與連接處短路環無關。

1.2 診斷性試驗

主變沖擊合閘試驗主保護和后備保護均未動作，變壓器內部不存在嚴重異常情況，但為防止變壓器出現嚴重的設備故障，對變壓器進行了油色譜數據分析和診斷性試驗，以便確定故障位置。

1.2.1 油色譜分析

油色譜數據如表1所示。

表1 油色譜數據

從上述油色譜數據中可以看出，H2、CO、CH4持續存在。變壓器油中存在H2、C2H2說明存在電弧放電；變壓器油中存在CH4說明變壓器中存在過熱故障情況，CO存在說明絕緣存在老化或者熱性故障溫度過高導致絕緣老化加速。為進一步確定故障原因，隨機抽取7月12日油色譜數據，利用油色譜分析三比值法進行計算，計算數據如下所示。

C2H2/C2H4=0.98/1.34=0.73（按照標準0.1＜X＜1,取值為1）

CH4/H2=2.23/4.69=0.47（按照標準0.1＜X＜1,取值為0）

C2H4/C2H6=1.34/0.46=2.91（按照標準0.1＜X＜1,取值為1）

經過計算取值，其對應的三比值為101，故障類型為繞組低能量放電，表示不同電位的不良連接點間或者懸浮電位體的連續性火花放電以及固體材料之間油的擊穿。

1.2.2 繞組介損

繞組介質損耗測試如表2 所示。

表2 繞組介質損耗測試

通過繞組介質損耗試驗數據分析可知，繞組未發生整體損傷和老化情況。

1.2.3 繞組泄漏電流

繞組泄漏測試如表3所示。

表3 繞組泄漏測試

通過繞組泄漏電流試驗數據分析可知，繞組間泄漏電流滿足規程要求，高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組間絕緣良好，不存在受潮和絕緣受損狀況。

1.2.4 繞組電容量

繞組電容量測試如表4所示。

表4 繞組電容量測試

通過電容量試驗數據分析可知，繞組電容量未發生明顯變化，不存在機械位置變化情況，繞組未發生變形。

通過上述油色譜分析、泄露電流、介質損耗、電容量、直流電阻等試驗可以初步判斷該主變繞組絕緣狀況良好，繞組不存在變形情況。

1.3 解體檢查

為進一步確認變壓器內部是否存在異常，對變壓器進行了吊罩解體檢查，如圖2所示。經檢查發現油箱底部存在游離的黑色碳化物，低壓側銅排絕緣紙存在脫落和放電燒損黑色物質，如圖3所示。

圖2 變壓器解體檢查

圖3 低壓母排絕緣紙碳化和放電燒損痕跡

此外，對變壓器線圈內部、絕緣支撐部分、鐵芯均進行了檢查，發現絕緣件支撐件良好未發生松動情況，鐵芯狀況良好未發現多點接地情況，所以變壓器繞組和鐵芯均無異常。

根據監理日志調查：該變壓器在運達現場時路面崎嶇不平狀況較差，并且經過多個傾斜度為20°～30°的斜坡，有可能引起變壓器上部和下部油箱連接螺栓松動，在驗收時一般很難被發現，在上述電場不均的情況下，變壓器上部油箱和下部油箱之間形成電位差，從而變壓器投運后在上部油箱和下部油箱發生沿面放電情況。

變壓器在運輸和安裝過程中有可能因操作不當引起鐘罩和下油箱所有螺絲松動，驗收時未能引起注意和細致檢查，發生遺漏，這樣也會造成變壓器上、下油箱電位不一致。從變壓器的機構分析，低壓母排距離變壓器箱壁較近，變壓器上部外殼通過螺栓與下部外殼構成環流，如圖4所示。

圖4 變壓器鐵心和外殼接地示意圖

電場強度計算公式為

根據式（1）可知，當間隙非常小時（即d很小），其電場強度非常高，在高電場下，必然發生對地放電情況，即在上下油箱連接松動處發生電弧放電。

綜合分析，根據上述變壓器解體檢查對黑色碳化物質和放電痕跡進行分析，此次放電應該是由于低壓母排制造工藝存在問題。第1次、第2次沖擊試驗時，出現合閘過放電，造成絕緣紙的碳化，進而在第3次沖擊試驗時由于磁場不均，必然引起電場不均，低壓母排處存在電場不均情況，由于連接上下油箱的螺栓可能存在松動情況，必然造成上下油箱電位不一致，進而在變壓器上下殼連接不牢處發生電弧放電情況，高能量的電弧放電必然造成油的分解和絕緣紙固體絕緣的分解，從而在油中出現H2、CH4、C2H4、C2H2C2H6、CO等氣體。

將上述低壓母排受損絕緣紙和放電痕跡處理后，按照流程注油并將上下油箱螺栓緊固，再次進行合閘沖擊試驗，變壓器運行正常，未發生電弧放電情況。

2 防范措施

2.1 運輸環節

陸路運輸時需要提前了解道路、沿途橋梁、涵洞、溝道等的寬度、坡度、傾斜度、轉角及其承重情況，必要時應采取措施。當利用機械牽引時牽引的著力點應在設備重心以下，運輸傾斜角不得超過15°，根據運輸道路情況，適時加裝沖擊記錄儀。

2.2 裝拆環節

變壓器裝拆時，應防止因車輛彈簧伸縮或者船只沉浮而引起傾斜，設專人觀測車輛平臺的升降或者船只的沉浮情況，卸車地點的土質必須符合要求。

2.3 施工環節

2.3.1 變壓器注油要求

變壓器油在注入本體前必須進行檢測，油色譜分析和簡化試驗不合格時必須進行充分的加熱、過濾，去除雜質和氣體，防止運行中氣體和雜質引起電場不均進而產生局部放電等情況。

2.3.2 變壓器安裝

變壓器現場安裝時必須采取平行移動，防止繞組、鐵芯受力發生機械性位移情況，進而引起繞組發生變形，同時對上下油箱的連接螺栓進行仔細檢查和緊固，防止發生松動，導致電位不一致而發生局部放電情況。

2.4 驗收環節

2.4.1 油色譜要求

投運前后需按照要求進行油色譜分析，在變壓器下部取樣時需要對取樣閥進行清理，排除取樣閥內的死油，將死油排放完畢后，再進行取樣化驗，確保油樣檢測的精確性，防止發生誤判斷的情況。

2.4.2 本體驗收

按照標準化驗收卡要求，不僅查看設備的的外觀，同時還需要檢查監理的現場日志，了解安裝過程是否存在異常情況，根據安裝過程出現的具體情況，重點檢查變壓器的滲漏油密封、短路環、接地等情況，進行全面標準化驗收。

3 結 論

通過對變壓器投運過程中發生異常的地方進行檢查，查找出變壓器油箱發生電弧放電的原因，有效消除了一起嚴重的設備隱患，保證了設備的安全穩定運行，并提出運輸、驗收等環節的注意事項，為變壓器的運維檢修提供了參考借鑒經驗。