謝子浩 沈文華

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東珠海519050）

0 引言

JW電廠凝結(jié)水泵電機變頻調(diào)速用的變流變壓器為干式變壓器，型號為ZTSFG（H）-2500/6.3，額定容量為2 000 kVA，一次側(cè)額定電壓為6.3 kV，二次側(cè)額定電壓為710 V，由新華都特種電氣股份有限公司生產(chǎn)，制造時間為2014年8月。

2018年3月，凝結(jié)水泵調(diào)速變頻器在運行過程中報重故障，變頻器退出運行。電廠技術(shù)人員檢查變頻器后，未發(fā)現(xiàn)變頻器故障。確認變頻器無故障后，電廠決定重新投入變頻器。由于變頻器投入失敗，電廠技術(shù)人員對變流變壓器進行進一步檢查，發(fā)現(xiàn)低壓繞組部分存在絕緣損壞。

1 電廠處理情況

電廠技術(shù)人員對變流變壓器進行了檢查，發(fā)現(xiàn)低壓繞組有多處放電痕跡，并有兩處絕緣擊穿點，如圖1所示。

圖1 絕緣擊穿處

檢查發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣板上存在凝露，說明濕度較大。對變壓器進行烘干處理后，電廠技術(shù)人員對變壓器進行了直流電阻測量、絕緣電阻測量、交流耐壓試驗。試驗結(jié)果為：直流電阻測量結(jié)果無異常；絕緣良好的繞組絕緣電阻大于1 GΩ，絕緣破損的繞組絕緣電阻約100 MΩ；絕緣破損繞組進行交流耐壓試驗時，升壓至1 000 V時試驗設(shè)備跳閘。

電廠技術(shù)人員使用砂紙將絕緣破損處殘留的碳粉打磨干凈后，刷上環(huán)氧樹脂漆，漆干后再進行交流耐壓試驗，仍然未通過耐壓試驗。

2 現(xiàn)場檢查及處理情況

2.1 現(xiàn)場檢查情況

2018年3月16日，對現(xiàn)場進行檢查。

本次發(fā)生故障的變流變壓器高壓繞組為Y接線，低壓繞組為△接線，第三繞組為Yn接線（第三繞組在實際使用中為懸空，未接引線）。本次檢查到的絕緣破損處位于低壓繞組。圖2為低壓繞組的抽頭，從抽頭也可以看出來，低壓繞組分為3段，每段5組，從上至下共15組。以最上層的第1組為例，第1組的三個抽頭編號分別為L1-LV11、L2-LV11和L3-LV11，每一個抽頭引線連接至A、B、C三相的低壓繞組，分由三餅線圈構(gòu)成，因此每組繞組共有九餅線圈分布在A、B、C三相上，這九餅線圈的接線型式如圖3所示（以第1組為例）。

圖2 低壓繞組抽頭

圖3 低壓繞組接線型式

低壓繞組匝間采用紙絕緣，匝間無空隙。各餅線圈間通過環(huán)氧樹脂支撐塊絕緣，距離約1.2 cm。

絕緣擊穿點所在線圈對應(yīng)的低壓繞組抽頭編號為L1-LV15和L3-LV21。絕緣擊穿點已處理，涂有環(huán)氧樹脂漆，檢查時漆還未完全干透，較軟。

2.2 現(xiàn)場處理情況

對變壓器低壓繞組進行交流耐壓試驗。

根據(jù)變壓器出廠試驗報告，出廠時低壓各移相繞組之間（即各餅線圈之間）的交流耐壓試驗電壓值為4 kV（注：第Ⅰ段和第Ⅱ段之間的交流耐壓試驗電壓為10 kV，其余均為4 kV）。本次對低壓各移相繞組進行交流耐壓的試驗電壓值為出廠試驗電壓值的85%，即3.4 kV。

試驗方法為：對某一組低壓繞組施加交流電壓時，其他各組低壓繞組短接接地（例如圖2中，對抽頭L1-LV11、L2-LV11和L3-LV11施加交流電壓時，低壓繞組其他抽頭短接接地），高壓繞組短接接地，第三繞組短接接地。

試驗順序和試驗結(jié)果為：

（1）對第Ⅰ段第5組低壓繞組施加交流電壓時，電壓升至3.4 kV，保持1 min，試驗電壓無跌落。加壓過程中，變壓器低壓繞組多點出現(xiàn)了放電現(xiàn)象。

（2）對第Ⅰ段第4組低壓繞組施加交流電壓時，電壓升至3.4 kV，保持1 min，試驗電壓無跌落。加壓過程中，變壓器低壓繞組多點出現(xiàn)了放電現(xiàn)象。

（3）對第Ⅰ段第1組低壓繞組施加交流電壓時，電壓升至3.4 kV，保持1 min，試驗電壓無跌落。變壓器低壓繞組無放電、無閃絡(luò)，試驗通過。

（4）對第Ⅰ段第2組低壓繞組施加交流電壓時，電壓升至3.4 kV，保持1 min，試驗電壓無跌落。加壓過程中，低壓繞組第Ⅰ段第2繞組和第Ⅰ段第3繞組之間出現(xiàn)了放電。

（5）對第Ⅰ段第3組低壓繞組施加交流電壓時，電壓升至3.4 kV，保持1 min，試驗電壓無跌落。加壓過程中，低壓繞組第Ⅰ段第2繞組和第Ⅰ段第3繞組之間出現(xiàn)了放電、第Ⅰ段第3繞組和第Ⅰ段第4繞組之間出現(xiàn)了放電。

上述試驗過程中，發(fā)生放電時的放電路徑均為沿著線圈餅間的環(huán)氧樹脂支撐條進行放電，放電的部位都出現(xiàn)在絕緣擊穿點所在的環(huán)氧支撐條及其左右兩根環(huán)氧支撐條上。

由于變壓器低壓繞組在圓周上沒有進行編號，較難準(zhǔn)確描述放電位置，本報告用圖4進行示意。圖4中，圓圈圈出的兩個點為絕緣擊穿點（絕緣擊穿點的位置是明確的），交流耐壓試驗過程中放電的位置集中出現(xiàn)在灰色矩形內(nèi)的三根環(huán)氧支撐條上，即絕緣擊穿點所在的環(huán)氧支撐條及其左右兩根環(huán)氧支撐條。當(dāng)然，對不同組的繞組進行交流耐壓試驗時，放電的具體位置有所不同，但都是相鄰餅間的線圈沿著圖4所示灰色矩形內(nèi)的三根環(huán)氧支撐條進行放電。

由于交流耐壓試驗屬于破壞性試驗，此次試驗僅進行了上述5步，未繼續(xù)對下層其余繞組進行試驗。建議先采取措施進行防暈處理后再進行下一步試驗。

2.3 缺陷及原因分析

從目前的現(xiàn)象來看，此次檢查到的缺陷有：

（1）出現(xiàn)了兩處肉眼可見的絕緣擊穿點，擊穿點基本呈圓形，直徑約1 mm，絕緣擊穿點所在線圈對應(yīng)的低壓繞組抽頭編號為L1-LV15和L3-LV21。

（2）在現(xiàn)場的交流耐壓試驗中發(fā)現(xiàn)了多處放電，放電路徑均為沿環(huán)氧樹脂支撐條，放電部位集中位于絕緣擊穿點所在的環(huán)氧支撐條及其左右兩根環(huán)氧支撐條上。放電處的絕緣較薄弱，存在一定缺陷。

根據(jù)現(xiàn)場交流耐壓試驗的情況，加之出廠時的交流耐壓試驗未見異常，出廠時的其他試驗均合格，因此基本可以排除絕緣材料缺陷或制作工藝不足的因素。

根據(jù)現(xiàn)場檢查的情況和變流變壓器運行的特點，對導(dǎo)致絕緣缺陷的原因進行初步分析如下：

圖4 交流耐壓試驗過程中出現(xiàn)的放電位置示意圖

（1）絕緣受潮所致。紙絕緣的防潮防污性能較差，如果絕緣受潮，則會導(dǎo)致絕緣電阻低的問題[1]。據(jù)了解，在變流變壓器運行中，柜內(nèi)采取了通風(fēng)除濕的措施，小室內(nèi)有濕度計進行濕度監(jiān)測，空氣濕度低于80%。第2節(jié)中提到的電廠人員檢查到變壓器絕緣板上存在凝露，是在變壓器停運后、通風(fēng)除濕措施停止后發(fā)現(xiàn)的，不能說明運行中存在凝露或潮氣過大。在變壓器出現(xiàn)故障后，采取了烘干措施，已基本保證絕緣干燥。因此，絕緣受潮這一原因不能完全解釋本次故障和缺陷的現(xiàn)象。

（2）熱效應(yīng)導(dǎo)致絕緣老化。繞組流過電流時會發(fā)熱，絕緣材料長期處于高溫狀態(tài)會引起絕緣老化[2]。由于該變壓器為H級絕緣，可承受180℃高溫，因此熱效應(yīng)導(dǎo)致絕緣老化的可能性也較低。同時，出現(xiàn)絕緣缺陷的位置并不是通風(fēng)散熱條件最差的位置。因此，基本可以排除熱效應(yīng)導(dǎo)致絕緣老化這一因素。

（3）變壓器振動導(dǎo)致絕緣磨損。變流變壓器位于變頻器的整流側(cè)，由于變頻器電力電子元件的非線性工作，流過變流變壓器的電流存在復(fù)雜的高次諧波，諧波的存在會導(dǎo)致如下兩個問題：

1）諧波電流流過繞組時，使鐵芯的磁致伸縮加劇，從而加劇了鐵芯的振動，導(dǎo)致變壓器本體振動加??；

2）電流流過繞組時，由于繞組受到電動力也會出現(xiàn)一定的振動，諧波的存在同樣會加劇繞組的振動。當(dāng)電流導(dǎo)致的變壓器振動頻率與變壓器自振頻率接近時，振幅達到最大。實際上，即使是輕微的振動，長期積累也會造成繞組絕緣的磨損[3]。由于目前發(fā)現(xiàn)的放電部位集中在同一區(qū)域，因此，不排除這一區(qū)域為振幅較大的區(qū)域，絕緣磨損較為嚴(yán)重。

3 結(jié)論及建議

本次電廠凝結(jié)水泵變頻變壓器絕緣故障分析結(jié)論如下：

（1）凝結(jié)水泵變流變壓器低壓繞組C相L1-LV15和L3-LV21繞組有絕緣擊穿點，局部處理難以滿足絕緣要求，對這兩組繞組、共六餅線圈需進行更換、重繞；

（2）對交流耐壓試驗中出現(xiàn)放電的位置（圖4所示的三列環(huán)氧樹脂支撐條）的繞組進行防暈處理；

（3）運行中應(yīng)保持變流變壓器的環(huán)境干凈、干燥，加強通風(fēng)散熱和除濕措施，具備條件時可對變壓器的振動進行測量。