特變電工沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司 苑東升 符雪鵬 曹 陽(yáng)

7 5 0 k V變壓器絕緣擊穿原因分析及處理

特變電工沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司 苑東升 符雪鵬 曹 陽(yáng)

文章分析了750kV變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)絕緣擊穿的現(xiàn)象，找到了故障的原因，計(jì)算了絕緣裕度，并給出了改進(jìn)處理意見(jiàn)。

變壓器；絕緣擊穿；有限元；原因分析

1.引言

近年來(lái)，隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要，750kV電網(wǎng)已成為國(guó)際電力輸送的發(fā)展趨勢(shì)。變壓器作為電力系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能直接影響電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。局部放電試驗(yàn)可以有效考核變壓器絕緣結(jié)構(gòu)存在的隱患。如設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高，工藝缺陷使絕緣中含有氣泡、水分等都會(huì)導(dǎo)致在外施電壓下發(fā)生局部放電。本文就一臺(tái)500MVA/750kV變壓器樣機(jī)試制過(guò)程中廠內(nèi)例行試驗(yàn)產(chǎn)生局部放電，導(dǎo)致絕緣擊穿進(jìn)行了原因分析。

2.故障描述

500MVA/765kV變壓器樣機(jī)絕緣故障前完成了低電壓試驗(yàn)、空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)前預(yù)局放、高壓沖擊試驗(yàn)正常。但在中壓400kV（LI 1300KV）雷電沖擊試驗(yàn)過(guò)程中，如圖1所示，100%電壓全波，電壓波形出現(xiàn)明顯截?cái)?，為主絕緣對(duì)地放電現(xiàn)象。之后隨即抽取油樣，乙炔含量為1.73%，為油中放電、絕緣出現(xiàn)灼燒痕跡。

3.故障查找

通過(guò)對(duì)變壓器主柱器身吊芯、脫油、解體，線圈組裝拆裝檢查，發(fā)現(xiàn)明顯放電痕跡，放電路徑為中壓線圈下部（400kV線端側(cè)）與其對(duì)應(yīng)的主柱鐵心、下軛夾角之間，具體體現(xiàn)在以下幾處：（按照放電路徑從里到外的順序進(jìn)行描述）

（1）放電起始點(diǎn)：中壓線圈下部首段（400kV線端側(cè)）、靠近靜電板側(cè)，發(fā)現(xiàn)放電點(diǎn)，導(dǎo)線絕緣破損、銅線裸露。

（2）放電路徑：中壓線圈下端兩個(gè)靜電板之間以及內(nèi)側(cè)靜電板下部，靜電板外絕緣有嚴(yán)重?zé)g痕跡，出現(xiàn)絕緣擊穿放電現(xiàn)象。中壓線圈下端部與主柱鐵心、下軛鐵心夾角之間的3層角環(huán)均有嚴(yán)重?zé)g痕跡，中壓線圈下部與主柱、下軛之間下鐵軛絕緣紙板有燒蝕痕跡。器身解體、拆裝檢查過(guò)程中，在高、中壓線圈組裝下部，絕緣墊塊、角環(huán)上發(fā)現(xiàn)了金屬異物。見(jiàn)圖1。

圖1 中壓全波雷電沖擊電壓波形及線圈下部角環(huán)損壞情況

4.故障分析

（1）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析：對(duì)中壓線圈下端部故障的起始點(diǎn)、放電路徑及結(jié)束點(diǎn)進(jìn)行定位，利用有限元法，使用Ansoft電磁場(chǎng)仿真計(jì)算軟件，對(duì)沖擊主絕緣（LI 1300kV）進(jìn)行了電場(chǎng)計(jì)算、模型仿真。中壓線圈下部靜電板、三層角環(huán)、二層紙板在中壓沖擊電場(chǎng)的作用下的絕緣安全系數(shù)最小值為1.90，放電部位安全系數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）放電路徑分析：綜上所述，此結(jié)構(gòu)沒(méi)有設(shè)計(jì)缺陷，造成本次試驗(yàn)絕緣擊穿的直接原因是由于中壓線圈下部發(fā)現(xiàn)的金屬異物，導(dǎo)致靜電板、角環(huán)處局部電場(chǎng)畸變，局部場(chǎng)強(qiáng)高于擊穿場(chǎng)強(qiáng)，引發(fā)局部放電，直至絕緣擊穿。如圖2所示，紅色線為中壓沖擊時(shí)的放電路徑，圓圈為放電起始位置；藍(lán)色線為油流（帶鐵屑）路徑；圓圈為器身油路環(huán)形導(dǎo)向區(qū)。

放電路徑為中壓線圈下端部首段導(dǎo)線下表面經(jīng)三層角環(huán)、兩層紙板，到主鐵心柱底部；放電起始點(diǎn)為第3層角環(huán)、第2層角環(huán)，因其燒蝕最為嚴(yán)重。

（3）鐵屑產(chǎn)生的原因分析：此產(chǎn)品冷卻方式為ODAF強(qiáng)油導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，直接原因?yàn)橛拖鋵?dǎo)油盒、散熱器管路內(nèi)的鐵渣沒(méi)有清理干凈，導(dǎo)致鐵屑被油泵打入高、中壓線圈下部導(dǎo)油通道中。如圖2所示，藍(lán)色線為流油路線，油流從高、低壓側(cè)下部導(dǎo)油口進(jìn)入，2路油流攜帶鐵屑經(jīng)下部環(huán)形導(dǎo)油通道，油流在中部形成對(duì)流，鐵屑沿導(dǎo)油路徑向上飛濺，導(dǎo)致中壓線圈下部角環(huán)內(nèi)、角環(huán)內(nèi)墊塊表面附著微小金屬顆粒，產(chǎn)生放電薄弱點(diǎn)。

第二、三層角環(huán)燒蝕較為嚴(yán)重，此處油路為死油區(qū)，易于留存油流中的金屬鐵屑，為放電起始點(diǎn)；除表面污染外，角環(huán)搭接處有縫隙、開(kāi)口，也產(chǎn)生放電薄弱點(diǎn)，導(dǎo)致局部電場(chǎng)畸變產(chǎn)生局部放電、沿面爬電，直至絕緣擊穿。

圖2 絕緣擊穿放電與器身油流(帶鐵屑)導(dǎo)向示意圖

綜上分析，鐵屑、角環(huán)搭接質(zhì)量產(chǎn)生放電薄弱點(diǎn)，由這些放電薄弱點(diǎn)連接放電薄弱路徑，最終導(dǎo)致此次中壓沖擊放電。

5.處理措施

故障原因分析清楚后，將本臺(tái)變壓器內(nèi)部損壞及污染的絕緣件，包括中壓繞組內(nèi)紙筒、中壓繞組下部三層角環(huán)進(jìn)行更換，加強(qiáng)導(dǎo)線、角環(huán)、絕緣件進(jìn)廠質(zhì)量檢查，清理整個(gè)器身后進(jìn)行器身復(fù)裝；對(duì)該工序員工進(jìn)行工藝培訓(xùn)，嚴(yán)控角環(huán)搭接嚴(yán)實(shí)、搭接處不可開(kāi)口，此處定位自檢、互檢、專檢控制點(diǎn)；對(duì)旁柱線圈、油箱、泵、散熱器和導(dǎo)油管路進(jìn)行徹底的清理，務(wù)必保證清潔、無(wú)金屬、無(wú)污染，以防止線圈復(fù)裝后出現(xiàn)再度污染。上述措施，確保此類故障不再發(fā)生。制定處理方案后，按照正常工藝流程進(jìn)行入爐干燥、抽空、注油、靜放后進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果良好，后續(xù)十臺(tái)此型號(hào)產(chǎn)品全部試驗(yàn)一次合格，此變壓器故障消除。

6.小結(jié)

變壓器的質(zhì)量關(guān)系到自身的運(yùn)行壽命、電力系統(tǒng)的安全及可靠運(yùn)行。因此，作為變壓器制造單位，應(yīng)首當(dāng)其沖、以身作則，重視生產(chǎn)制造中的各個(gè)工藝、質(zhì)量環(huán)節(jié)，注意每個(gè)細(xì)節(jié)，加強(qiáng)材料進(jìn)廠質(zhì)量檢驗(yàn)，加強(qiáng)生產(chǎn)全過(guò)程質(zhì)量控制，關(guān)鍵工序設(shè)定自檢、互檢、專檢，徹底消除人為因素導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障的可能性，確保變壓器的安全運(yùn)行。

[1]張章奎.國(guó)內(nèi)外特高壓電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展綜述[J].華北電力技術(shù),2006(01).

[2]胡偉濤.500kV變壓器絕緣擊穿原因分析及防范措施[J].變壓器,2012(07).

[3]耿榮林,李洪友.500kV單相自耦電力變壓器主絕緣電場(chǎng)分析[J].變壓器,2014(02).

苑東升（1982－），男，遼寧沈陽(yáng)人，印度設(shè)計(jì)部部長(zhǎng)，工程師，現(xiàn)供職于特變電工沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司，研究方向：變壓器研發(fā)與設(shè)計(jì)。