110 kV變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)超標的缺陷分析及處理措施

劉海峰 ，劉惠英,劉廷眾，劉宏亮 ，劉 偉

(1. 河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北省電力公司職業(yè)技術(shù)培訓中心，石家莊 050031;3.衡水供電公司，河北 衡水 053000)

電力變壓器是電力系統(tǒng)中電能傳輸與分配的重要設備之一，其安全穩(wěn)定運行十分重要。通過電氣試驗、油化試驗可以及時發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣缺陷，對于確保電網(wǎng)和設備安全意義重大。下面結(jié)合110 kV變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)超標缺陷案例，介紹缺陷診斷分析過程和處理措施。

1 缺陷概況

某110 kV變電站1號主變壓器為雙繞組變壓器，型號SFZ10-50000/110，額定電壓110 kV/10.5 kV，聯(lián)結(jié)組別YNd11，于2002年7月出廠，2003年5月投運。

2008年4月1日，在對該主變壓器進行停電例行試驗時，發(fā)現(xiàn)除介質(zhì)損耗因數(shù)超過注意值外，其他試驗結(jié)果均正常，介質(zhì)損耗試驗結(jié)果見表1。隨后1年多時間，一直對該變壓器進行油色譜跟蹤監(jiān)測。2009年5月31日，再次進行停電試驗發(fā)現(xiàn)該變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)與2008年基本相同，仍是高壓繞組介質(zhì)損耗因數(shù)超標，其他項目正常。

表1 變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ和電容量Cx實測結(jié)果

2 缺陷查找

2.1 絕緣油試驗

對該變壓器進行絕緣油常規(guī)試驗，并未發(fā)現(xiàn)絕緣油有受潮或劣化的跡象，試驗結(jié)果正常。該變壓器2006-2008年油中溶解氣體分析結(jié)果見表2。

表2 2006-2008年油中溶解氣體測試結(jié)果 μL/L

從表2可以看出，該變壓器油中乙炔、總烴及氫的含量并未超過注意值，而2006-2008年，變壓器油中一直有微量乙炔，但比較穩(wěn)定，沒有繼續(xù)增加的趨勢。由此判斷，絕緣油水分的質(zhì)量分數(shù)等油化試驗結(jié)果正常，排除絕緣油受潮的可能。

2.2 電容值及介質(zhì)損耗值計算

通過查看運行記錄，1號主變壓器投運以來一直運行穩(wěn)定，未發(fā)生過負荷、過勵磁及出口或近區(qū)短路等不良工況。為進一步分析是何部位有異常，可利用介質(zhì)損耗試驗實測值推算出繞組對地和繞組之間的電容量及相應的介質(zhì)損耗因數(shù)。測量雙繞組變壓器tanδ和Cx的接線示意見圖1，計算公式見式(1)-(6)。由圖1可知，CH、tanδH、CL、tanδL、CH+L、tanδH+L為實測得到的電容值和介質(zhì)損耗值，而C1、C2、C3、tanδ1、tanδ2、tanδ3為繞組對地和繞組之間的電容值和介質(zhì)損耗值。

(a) 高壓繞組-低壓繞組及地 (b) 低壓繞組-高壓繞組及地

(c) 高、低壓繞組-地

(1)

C2=CL-C1

(2)

C3=CH-C2

(3)

(4)

(5)

(6)

經(jīng)過計算可得，變壓器高壓繞組對地的介質(zhì)損耗為2.23%，而低壓繞組對地的介質(zhì)損耗為0.06%，高壓繞組對低壓繞組的介質(zhì)損耗為0.40%。計算結(jié)果表明異常出現(xiàn)在高壓繞組對地之間的主絕緣上。由于負荷等原因，當時并未進行吊罩檢查，現(xiàn)場經(jīng)過濾油處理后即投入運行，隨后1年時間里該變壓器一直處于監(jiān)視運行狀態(tài)。

2.3 局部放電試驗

2009年6月1日，為進一步分析缺陷原因，并判斷該缺陷是否影響變壓器運行，對該主變壓器進行了局部放電試驗，試驗接線如圖2所示，試驗結(jié)果見表3。

圖2 三相雙繞組變壓器局部放電測試接線(以U相為例)

表3 局部放電試驗結(jié)果

分析試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，U相、W相的放電起始電壓約為V相的2倍，局部放電量嚴重超標，其中V相放電量達6 000 pC，而且三相局部放電波形基本一致，因此判定放電源在V相。為進一步確定缺陷位置，采用以下3種方法對放電源進行定位。

2.3.1 多端子測量法

首先對變壓器分相加壓，同時監(jiān)測變壓器三相局部放電數(shù)據(jù)，試驗結(jié)果見表4。

表4 分相加壓時三相局部放電測試結(jié)果

從表4可知，當局部放電激發(fā)時，不論加壓位置在哪一相上，V相局部放電都為5 800 pC，而其它兩相的局部放電均較小，說明放電源在V相。

2.3.2 起始電壓法

為確定放電源的位置，采用起始電壓法進行定位。具體方法是，利用高壓中性點的絕緣水平進行支撐加壓，即將V相、W兩相高壓端子短路并接地，高壓中性點懸空。此時U相高壓端子的電位與之前相同，而其他部位的電位有所改變，加壓時的相量圖見圖3。

圖3 中性點支撐加壓時變壓器相量圖

對不同加壓方式下的放電起始電壓及放電量進行比較，如果放電源在U相高壓繞組的中部或尾端，起始電壓會由于電位不同發(fā)生變化；如果放電源在U相高壓繞組首端附近，則起始電壓不會變化。加壓試驗采用uv勵磁、UV接地、O懸空的加壓方式，起始電壓為52.9 kV，試驗結(jié)果為V相放電量5 800 pC。從試驗結(jié)果可以看出，采用中性點支撐方式加壓時，V相局部放電起始電壓與放電量均未發(fā)生明顯變化，說明放電源的電氣位置應該在V相高壓繞組的出線端子附近。

2.3.3 超聲定位法

在變壓器油箱外部的V相高壓側(cè)，沿垂直方向依次均勻布置3個超聲探頭。再次升壓后，在測試變壓器局部放電的同時，采用超聲定位法對放電源進行定位。試驗發(fā)現(xiàn)，當局部放電測試儀監(jiān)測到局部放電脈沖時，最上方的探頭收到明顯信號，位于中間的探頭收到的信號較弱，而最下方的探頭收到信號最弱，這說明放電源的空間位置應該在V相高壓繞組的上部。

2.4 外觀檢查

2009年7月將該變壓器返廠解體，廠內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)變壓器V相繞組端部角環(huán)上有多處放電痕跡，見圖4；壓板與壓釘接觸部位被燒黑，部分壓釘端頭上的絕緣墊圈已被擊穿，詳細情況見圖5、圖6。

圖4 V相繞組端部角環(huán)放電痕跡

圖6 壓釘絕緣墊圈被擊穿痕跡

3 原因分析

110 kV變壓器的主絕緣包括高壓與低壓繞組之間、不同相之間以及對地絕緣和引線等對地或?qū)ζ渌@組的絕緣，其中包括繞組間的絕緣筒、繞組端部的角環(huán)和相間隔板。由于該變壓器角環(huán)使用材料的材質(zhì)不良，在長期工作電壓下發(fā)生局部放電，造成絕緣性能降低。同樣，該變壓器壓釘絕緣墊圈采用的是酚醛材料，在高場強作用下被劣化擊穿，并在壓板上燒出痕跡。因此，絕緣材料質(zhì)量低劣是造成變壓器介質(zhì)損耗和局部放電超標的主要原因。該變壓器出廠和交接時均未進行局部放電試驗，所以未能及早發(fā)現(xiàn)上述缺陷。

4 處理措施

根據(jù)變壓器解體情況，在制造廠內(nèi)制定了處理方案，采取了以下主要措施：

a. 將全部壓釘絕緣墊圈由酚醛材料改為壓縮硬紙板材料；

b. 將三相壓板更換為高絕緣強度的絕緣木壓板；

c. 將高壓繞組的全部角環(huán)更換為魏德曼新型材質(zhì)角環(huán)，且更換調(diào)壓繞組的角環(huán)；

d. 將支架使用的尼龍螺桿、螺母更換為壓縮木質(zhì)材質(zhì)件；

e. 將原緊固鐵心的環(huán)氧樹脂玻璃布改成新型的聚酯緊固帶。

改進處理后，變壓器一次性順利通過出廠局部放電試驗，恢復投運后至今未見異常。

5 結(jié)束語

高壓繞組端部角環(huán)等絕緣件選用材料質(zhì)量低劣是造成此次變壓器介質(zhì)損耗和局部放電超標的主要原因。診斷變壓器內(nèi)部缺陷通常需要綜合多種手段進行分析，必須結(jié)合電氣試驗、油化分析，以及設備運行、檢修等情況進行綜合判斷，最終確定缺陷的類型及部位。對于110 kV變壓器，應進一步加強赴廠監(jiān)造和驗收，保證監(jiān)造和驗收的質(zhì)量，在變壓器出廠和交接時進行局部放電試驗十分必要。

參考文獻：

[1] 王寅仲，海世杰.電氣試驗[M].2版.北京：中國電力出版社，2008.

[2] 董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京：中國電力出版社，2001.