一起特高壓變壓器局部放電試驗異常的分析和處理

侯全兵，王 磊，胡鵬飛，趙 拓，侯永濤

（1.山東電工電氣集團有限公司，山東 濟南 250101；2.山東電力設備有限公司，山東 濟南 250024）

0 引言

電網的迅速發展和輸電電壓的不斷提高，對大型電力變壓器絕緣的可靠性提出了更高的要求。局部放電試驗對電力變壓器的絕緣性能沒有破壞性，并且能夠靈敏、有效地發現變壓器絕緣內部的固有缺陷，因此局部放電試驗得到廣泛應用［1-3］。變壓器出廠試驗發生局部放電超標現象的原因有很多［4-7］，絕緣件的質量不合格是重要原因之一［8-9］。

本文以一起特高壓變壓器預局部放電試驗異常為例，對異?，F象進行詳細分析，確定異常原因為上壓板內部存在氣隙，總結此類事故的處理和防范措施。

1 故障概況

在某1000 kV 特高壓變壓器的出廠預局部放電試驗中，首先使用1.7 倍作用5 s，然后將電壓降至1.5 倍作用3 min，變壓器出現明顯異常放電現象，其中中壓和鐵芯、夾件的放電量較大。在持續加電1.5倍的40 min期間，放電量時大時小，最大放電量為2000 pC，并且能夠聽到變壓器內部的放電聲。繼續施加電壓，進行局部放電超聲波定位，初步確定放電部位為上部中壓柱間“手拉手”的右側，中壓放電量最大約為10 000 pC，對變壓器進行油色譜試驗，測得乙炔含量為0.56 μL/L。

鑒于中壓端放電量較大，油中已出現乙炔，并且能夠檢測到明確的局部放電超聲波信號，決定進行吊罩檢查。在檢查過程中，打開疑似放電的中壓“手拉手”絕緣管，未發現放電跡象。對變壓器重新進行真空注油操作，再按照預局部放電方式進行試驗。在反復加電試驗中，中壓放電量依舊較大。在試驗電壓由1.5 倍提高至1.7 倍的過程中，放電量劇增，且夾件接地引下線與油箱外殼發生放電，內部發生擊穿現象。

2 放電部位檢查

將變壓器器身吊出，發現柱Ⅱ上部中壓出線絕緣角環經頂部絕緣大壓板、副壓板與一夾件磁分路間有放電痕跡。對器身進行脫油處理，并對Ⅱ柱進行拆卸檢查，發現多處放電部位，如圖1 所示。擊穿放電的主要路徑是從中壓出線經絕緣大壓板和副壓板開始，直到接地夾件磁分路以及相對獨立的高壓繞組。

圖1 放電部位圖

由圖1 可見，放電部位包括4 個部分。第1 個部位為絕緣大壓板，在Ⅱ柱中壓出線右上方的絕緣大壓板內層樹枝狀放電；絕緣大壓板層間放電；絕緣大壓板緊固副壓板的螺孔放電。第2 個部位為絕緣副壓板及其緊固螺栓（螺栓內層有樹枝狀放電痕跡）對夾件磁分路放電。第3 個部位為Ⅱ柱中壓出線絕緣角環（包括涉及的鄰近繞組外圍屏）及其出線均壓銅管放電。第4個部位為Ⅱ柱高壓繞組段間放電。

3 故障原因分析

3.1 試驗現象與故障檢查情況對比分析

對故障部位進行解體檢查，發現變壓器的器身存在2 個放電區域，一是Ⅱ柱高壓繞組上壓板螺桿對條形磁屏蔽放電，二是Ⅱ柱高壓繞組13、14 餅間放電。對故障區域進行檢查，結合試驗現象分析故障原因，如表1所示。

表1 試驗現象與故障檢查情況對比分析

3.2 放電區域解體檢查及分析

對故障區域及試驗現象進行分析，認為壓板內部可能存在缺陷，因此對壓板進行解體檢查，同時對繞組餅間放電原因再次進行確認。對Ⅱ柱上壓板進行檢查時，發現壓板外表面存在放電痕跡，但未形成連貫的放電路徑。對上壓板分層檢查后，發現上壓板內部（從上表面向下約5 mm處）放電路徑明顯，對壓板螺桿放電，同時壓板層間發生了不同程度的放電現象，壓板燒蝕嚴重，最大燒蝕深度約為2 mm，如圖2所示。

圖2 相同位置壓板外部、內部放電痕跡對比

繞組餅間短路會造成繞組電流增大，短路位置會出現嚴重的放電燒蝕現象，但在13 餅露銅位置未發現大范圍放電燒損痕跡，同時該處圍屏紙板也未發現明顯的放電痕跡，因此13 餅露銅位置并非放電起始點。從現場檢查情況看，13 餅的外徑較14 餅突出，分析認為繞組壓板發生放電后，碳化物等異物掉落在13 餅上，由于該處為高電場強度區域，碳化物等異物在高電場強度下懸浮放電，導致線匝絕緣損傷，最終導致繞組13、14餅間放電。

通過對壓板、高壓繞組兩處放電區域的解體檢查分析，結合兩次試驗，將此次事故的放電路徑還原，如圖3 所示。由于Ⅱ柱高壓繞組上壓板內部存在缺陷，放電現象首先發生在Ⅱ柱高壓繞組上壓板內部。其中一條放電路徑沿壓板層間向下傳遞至最外一層角環，隨后沿角環橫向傳遞至柱間連線屏蔽管，未繼續向繞組下部傳遞。另一條放電路徑沿壓板橫向傳遞至螺桿，并通過螺桿對夾件磁屏蔽放電擊穿，產生的碳化物掉落在Ⅱ柱高壓繞組的13 餅上，從而引發13、14餅間放電。

圖3 放電路徑還原

4 事故處理及防范措施

在事故處理過程中，重新繞制Ⅱ柱高壓、中壓、低壓繞組，對上述繞組所有絕緣件進行更換，同時對Ⅱ柱繞組上壓板、端圈、墊塊、角環等絕緣件進行全部更換處理。Ⅰ柱繞組解體過程中未發現其他異常點，為確保變壓器器身絕緣件不受影響，對Ⅰ柱上部壓板、墊塊、角環等絕緣件進行全部更換處理。對鐵芯、墊板、鐵軛墊塊、中高壓出線裝置等部位進行徹底清理，清理完畢后使用。

處理完畢后，重新安裝變壓器，按正常工藝抽真空、注油、熱油循環、靜放后，復核試驗合格，現場特殊交接試驗順利通過。說明本次特高壓變壓器局部放電故障原因分析正確，處理措施有效。

與壓板生產廠家聯系，探討放電事故原因。發現在壓板壓制過程中，膠紙黏結強度不足會造成層間出現輕微氣隙導致壓板放電。建議將層壓絕緣件單位壓力由40 kg/cm3提高到60 kg/cm3，增加膠液在紙板表面的流動性，提高層壓件黏結性能，排除氣隙。通過精密涂膠機在紙板的兩面均勻涂膠，消除產生氣隙的隱患。

5 結語

針對一起特高壓變壓器局部放電異常的問題，通過試驗現象、故障位置、放電路徑及壓板解體檢查情況，確定事故原因為Ⅱ柱繞組上壓板內部存在氣隙。在后續項目試驗中，若同時出現放電持續、放電量較大、超聲定位點明確（或變壓器內部有異常響聲）、油中產生乙炔氣體等現象，建議進行變壓器器身解體檢查，查找放電部位，解決異常放電問題。