一起110 kV變電站主變壓器絕緣故障分析

李 培，李 頡，郭良峰，艾 葉，郭祥雄

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0 引言

電力變壓器是電力系統中最重要的設備之一，在電力生產中起著舉足輕重的作用。理想狀態的電力變壓器是一個全密封的整體，外界的水分無法進入變壓器內部。變壓器一旦進水受潮，極易造成變壓器事故的發生。外界水分進入變壓器內部，需要滿足三個基本要素，即變壓器內、外部存在壓力差；變壓器存在進水通道；出現下雨或空氣濕度較大等情況［1］。

本文對某110 kV變電站1號主變壓器絕緣故障進行分析，通過解體檢查確定事故原因，以提高變壓器故障的預防和處理能力。

1 變壓器常見故障類型

變壓器故障根據發生位置的不同，分為外部故障和內部故障［2-3］。外部故障主要包括油箱故障和冷卻裝置及其他附件故障。冷卻裝置故障主要包括輸油泵故障、風扇故障等，其他附件故障主要包括絕緣套筒故障、油位計故障和溫度計故障等。內部故障主要包括繞組故障、鐵芯故障等。

變壓器故障根據性質不同可分為放電故障、受潮故障和過熱故障。相關研究表明，過熱故障發生概率較大，有時油道堵塞會導致散熱不良，從而發生過熱故障。在放電故障中，火花放電故障發生的概率較大，其主要是引線接觸不良以及鐵芯接地不良所引發的放電現象。而受潮故障則大概率是油中水分含量過大或摻雜大量濕雜質導致的局部放電故障。

2 故障情況及原因分析

2018 年5 月20 日至21 日，天氣情況為連續性降雨，降雨量約為37 mm，21 日白天天氣陰，有中雨，東北風3?4 級，氣溫為19 ℃。5 月21 日16 時12 分，變電站1 號主變壓器差動保護動作，發出差動保護、輕瓦斯保護信號，主變壓器三側開關正確動作跳閘，主變壓器停運。

根據主變壓器保護的動作情況，試驗人員初步判斷主變壓器內部發生了放電性故障。試驗人員進行了多項電氣試驗，同時查閱2017 年6 月24 日的試驗數據，進行數據對比分析，確定變壓器的故障程度，為進一步確定檢修策略提供依據。

3 試驗檢測及數據分析

為了判定變壓器內部故障的原因，試驗人員進行了一系列試驗，包括頻響法繞組變形試驗、繞組連同套管的絕緣電阻試驗、直流電阻試驗、變壓器本體的介質損耗試驗、套管的介質損耗試驗、絕緣油的色譜分析、絕緣油的簡化試驗［4］。

3.1 繞組變形試驗

分別對變壓器的高壓繞組、中壓繞組和低壓繞組進行繞組變型測試。中壓繞組、低壓繞組在各頻段相關系數均較高。而在測得的高壓側繞組頻響曲線中，A 相繞組與B 相繞組、C 相繞組在低頻段和中頻段的相關系數偏小，這意味著A 相繞組存在故障的可能性較大。從中壓側和低壓側繞組的頻響曲線分析，變壓器中、低壓側繞組基本正常。

3.2 絕緣電阻試驗和介質損耗試驗

對變壓器進行絕緣電阻測試和介質損耗測試，故障前后測試數據如表1、表2所示。

表1 故障前后變壓器絕緣電阻測試數據

表2 故障前后變壓器介質損耗測試數據

從絕緣電阻試驗和介質損耗試驗的數據對比中可以看出，故障后的變壓器整體絕緣狀態良好，但是高壓繞組對中壓繞組、低壓繞組及外殼的介質損耗顯著增大，說明高壓繞組有可能存在絕緣缺陷。由于變壓器體積龐大、內部構造復雜、測試回路中并聯支路多，絕緣電阻試驗和介質損耗試驗不能有效發現設備內部存在的局部缺陷，因此還需要做進一步的檢查。

3.3 直流電阻試驗

對變壓器的高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組分別進行直流電阻測試，故障前后測試數據如表3、表4、表5 所示。故障發生后，三相繞組直流電阻不平衡系數無法計算，因此在表3中不再列出。

表3 故障前后變壓器高壓側直流電阻測試數據

表5 故障前后變壓器低壓側直流電阻測試數據

根據直流電阻試驗數據判斷主變壓器高壓側A相繞組存在斷線故障，可能由匝間短路繞組斷裂或套管引線與繞組焊接部位斷線導致。

3.4 絕緣油試驗

對變壓器絕緣油進行色譜試驗，故障前后測試數據如表6 所示。對變壓器絕緣油進行了一系列簡化試驗［5］，故障前后測試數據如表7所示。

表6 故障前后變壓器絕緣油測試數據 單位：μL/L

表7 故障前后變壓器絕緣油簡化試驗數據

從絕緣油的簡化試驗數據來看，絕緣油本身整體性能較好，微水含量增長值為2 mg/L，符合運行中絕緣油微水含量不大于35 mg/L 的標準。但是，絕緣油中溶解氣體的色譜數據顯示，絕緣油中的氫氣、甲烷、乙烷、乙炔等主要指標都發生了明顯增長，其中乙炔含量高達95.1 μL/L，說明存在放電性故障，三比值特征代碼為102，根據編碼規則判斷該現象屬于高能量放電［6］，在繞組、線餅、線匝之間或繞組對地之間可能存在電弧放電擊穿故障，考慮局部受潮導致的絕緣缺陷。

4 吊罩檢查及原因分析

5 月26 日上午，對1 號主變壓器進行吊罩檢查，A 相上壓板處有大片碳黑痕跡，如圖1 所示。A 相引線與靜電屏和相鄰匝間繞組有明顯放電痕跡，在A相繞組端部發現燒黑和燒斷的白布帶，用手觸摸可以明顯感覺到A 相引出線在故障點處基本處于完全斷開狀態，如圖2所示。

圖1 變壓器A相壓板

圖2 變壓器A相引線

對A相套管進行氣壓密封試驗，沒有發現套管存在明顯滲漏跡象。對A相套管進行持續40 min的噴淋試驗，檢查發現膠圈頂部與將軍帽之間有水痕。對變壓器內110 kV的A相引線油浸絕緣紙進行含水量測試，結果顯示A 相引線油浸絕緣紙存在明顯的受潮現象。

通過對試驗報告、現場故障點查找、吊罩檢查等情況的綜合分析，本次變壓器故障主要是由于變壓器內部進水，變壓器繞組匝間或層間絕緣強度下降，經過線路多次重合閘的沖擊，在絕緣強度降低到一定程度后發生了擊穿損壞。

2018 年5 月26 日上午，檢修人員對1 號主變壓器進行了吊罩檢查，確定故障點在A 相套管引線與繞組的連接處，A 相壓餅處有明顯水跡，絕緣白布帶已部分碳化，引線周圍起支撐作用的木質絕緣上可見上下貫穿的放電痕跡。從故障點的情況判斷，故障原因是變壓器A 相套管頂部螺絲密封不嚴，經過連續降雨后，雨水從套管頂部的縫隙滲入并沿引線向下擴散，導致引線絕緣受潮，發生放電現象。6 月2日，將變壓器返廠解體后發現高壓繞組引出線根部第1、2餅間及匝間發生短路，確認故障原因。

5 故障預防措施

根據110 kV 變電站1 號主變壓器的故障發生原因，積極采取應對措施。針對同類、同電壓等級的變壓器，使用密封膠對套管的相關部位進行密封處理?，F場進行變壓器安裝時，必須嚴格按照廠家說明書和規范要求進行施工，嚴把質量關，對發現的隱患必須采取相應的措施加以消除。加強運行維護人員的變壓器巡視檢查和維護管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況。加強主變壓器絕緣油化驗的監督管理，重點跟蹤絕緣油色譜試驗數據的變化。

6 結語

電力變壓器作為大型電氣設備，體積大、部件多，試驗人員要持續開展精細化管理及維護工作，保證變壓器維持在正常工作狀態，降低缺陷率。運行維護時，工作人員應當認真執行檢修工藝規范，及時發現缺陷并消除，積極采取預防措施，最大程度保證主變壓器的安全運行。