秦 松 ，李 彬 ，張大偉 ，程祥珍 ，武魯曉

（1.國網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安 271000；2.國網(wǎng)山東省電力公司寧陽縣供電公司，山東 泰安 271400）

0 引言

變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的變電設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定運行對電網(wǎng)可靠性至關(guān)重要。然而變壓器內(nèi)部局部放電缺陷潛伏周期較長、放電信號弱且內(nèi)部電磁信號傳遞模式復(fù)雜，目前開展的停電例行試驗雖可以很好地發(fā)現(xiàn)變壓器集中性或貫穿性絕緣缺陷，但對于內(nèi)部局部分布式絕緣缺陷則難以有效檢測、定位和評估。因此，變壓器的帶電檢測技術(shù)與應(yīng)用實踐一直是近幾年來實驗室研究和現(xiàn)場應(yīng)用關(guān)注的焦點。

通過變壓器帶電檢測技術(shù)，可以盡早發(fā)現(xiàn)變壓器在運行電壓下的故障信息。變壓器油色譜分析診斷技術(shù)[1]是目前電力設(shè)備油氣監(jiān)督最行之有效的帶電檢測方法之一，它能準(zhǔn)確分析油中溶解氣體的種類、含量及產(chǎn)氣速率，從而判斷變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，并結(jié)合超聲波、高頻局部放電等其他帶電檢測手段，來進(jìn)一步判斷故障的性質(zhì)、部位和發(fā)展趨勢，為其狀態(tài)評價和檢修提供依據(jù)。

1 故障概況

某220 kV變電站1號變壓器型號為SFPSZ9-150000／220，2000年11月投運，2012年12月返廠完成抗短路能力改造后重新投運，投運前經(jīng)耐壓、局部放電試驗后本體油色譜數(shù)據(jù)合格，其中C2H2體積分?jǐn)?shù)為0。2015年7月，對該變壓器進(jìn)行油色譜檢測時發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體中出現(xiàn)C2H2，體積分?jǐn)?shù)為2.1 μL／L，隨后對該變壓器開展跟蹤檢測，2016年 3月每月2次取本體油樣進(jìn)行色譜分析，油樣結(jié)果顯示C2H2和總烴體積分?jǐn)?shù)增長趨勢明顯且均超標(biāo)，部分氣體增長趨勢如圖1所示。對該變壓器進(jìn)行高頻脈沖及超聲波局放檢測，在高壓側(cè)C相中下部、扶梯中下部、有載開關(guān)下方檢測到異常信號。

圖1 部分氣體增長趨勢

2 缺陷分析

2.1 油色譜分析

1號變壓器本體油色譜跟蹤檢測數(shù)據(jù)表如表1所示。從跟蹤檢測數(shù)據(jù)看，油中各類氣體體積分?jǐn)?shù)在 不斷增長后呈現(xiàn)穩(wěn)定，特征氣體[2]為 C2H2、CH4、C2H4，穩(wěn)定后 C2H2和總烴體積分?jǐn)?shù)分別為 27.8 μL／L、289 μL／L。據(jù) GB／T 7252—2001 《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》，C2H2和總烴體積分?jǐn)?shù)分別超出注意值4.6倍、0.99倍；計算得絕對產(chǎn)氣速率分別為6.58 mL／d、62.94 mL／d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 0.2 mL／d、12 mL／d的注意值。

表1 變壓器油色譜分析數(shù)據(jù) μL／L

根據(jù)特征氣體判斷方法，采用改良三比值法對表1數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼計算如下：

將計算結(jié)果與表2數(shù)據(jù)比對，確定三比值編碼為122，對應(yīng)的故障類型為變壓器內(nèi)部有低能量放電兼過熱。由于油樣中CO、CO2含量沒有明顯增長，表明變壓器故障沒有涉及固體絕緣材料，具體放電點和發(fā)熱點需進(jìn)一步檢查。

表2 三比值法編碼規(guī)則

2.2 局部放電檢測

2015年11月20日，采用高頻脈沖電流檢測、超聲檢測模式對該變壓器進(jìn)行局放在線檢測[3]，高頻脈沖電流模式采用高頻脈沖電流互感器，從變壓器鐵芯和夾件接地線、外殼接地線和中性點接地線接收放電信號。超聲波檢測模式將超聲波傳感器吸附在主變壓器的油箱外殼上，接收局部放電產(chǎn)生的超聲波信號，主變壓器各面標(biāo)記a面、b面、c面和d面，其中變壓器a面和c面每面取上中下3行，每行2個檢測點，b面和d面取上中下3行，每行6個檢測點，共計48個檢測點呈矩陣式排列，如圖2所示。

高頻脈沖信號幅值平穩(wěn)，波形平滑，在檢測時間段內(nèi)，未檢測到與局部放電特征相符的異常脈沖信號。超聲波檢測時間段內(nèi)在a檢測面3號、6號檢測點（有載分接開關(guān)下部）與d檢測面15號檢測點（高壓側(cè)C相套管下部）位置檢測到明顯超聲波信號，異常檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

2015年12月25日，采用PowerPD多通道局部放電分析儀對該變壓器再次進(jìn)行局部放電檢測。經(jīng)過多次周期性檢測，在高壓側(cè)C相中下部、扶梯中下部、有載開關(guān)下方也檢測到超聲信號，但是未檢測到高頻脈沖電流信號，信號波形及傳感器位置如圖3～5所示。

圖2 主變壓器4面矩陣式排列檢測點

表3 超聲在線檢測異常數(shù)據(jù)

從兩次的檢測情況看，超聲幅值均在15 dB左右，檢測到的超聲波信號波形近乎相同，都呈現(xiàn)出典型的100 Hz放電頻率特性，正負(fù)半周的放電幅值相當(dāng)，符合懸浮放電的特征。兩次檢測到的位置也近乎相同。

圖3 有載開關(guān)下方超聲波信號及傳感器位置

圖4 高壓側(cè)C相中下部超聲波信號及傳感器位置

圖5 扶梯中下部超聲波信號及傳感器位置

2.3 檢測結(jié)論分析

從油色譜分析和兩次局部放電檢測情況來看，初步判斷主變壓器內(nèi)部存在放電及過熱，且放電位置靠近高壓側(cè)C相中下部，重點傾向于引線對地未固定的部件之間或懸浮電位之間，而過熱點可能為分接開關(guān)或引線接觸不良、鐵芯多點接地、渦流或漏磁導(dǎo)致。

3 解體檢修

3.1 吊罩檢查

2016年6月5日，變壓器停電返廠，大修前進(jìn)行高壓電氣試驗，發(fā)現(xiàn)高、中、低壓繞組直流電阻、絕緣和介損均正常，鐵芯、夾件絕緣正常，常規(guī)電氣試驗未發(fā)現(xiàn)異常，將有載分接開關(guān)吊出檢查無異常，套管引線無異常。然而在本體吊罩后發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)下夾件A、B相之間和B、C相之間玻璃纖維拉帶顏色異常，拉帶固定處有明顯玻璃纖維熔化痕跡，如圖6、圖7所示，其中B、C相之間拉帶最為嚴(yán)重。仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)下夾件所有金屬螺栓連接固定處均未除漆，如圖8所示。初步分析，由于固定拉帶的螺栓與夾件形成了閉合回路，主變壓器運行時漏磁通穿過這些閉合回路感應(yīng)出很大的渦流[4]，導(dǎo)致螺栓發(fā)熱，并傳導(dǎo)至拉帶。

圖6 A、B相之間拉帶

圖7 B、C相之間拉帶

圖8 下夾件螺栓連接未除漆

對下夾件所有螺栓逐一拆除進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)B、C相之間橫梁緊固用螺栓的平墊圈上有放電灼傷痕跡[5]，驗證了局部放電檢測時高壓側(cè)C相中下部存在異常放電信號的結(jié)論。同時對高壓側(cè)上夾件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)上夾件上的螺栓固定處均有除漆，表明該變壓器廠家在安裝上、下夾件時未嚴(yán)格按照施工工藝標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一執(zhí)行，存在嚴(yán)重缺陷，導(dǎo)致下夾件上的所有螺栓與下夾件不完全接觸，懸浮于不均勻電場中。

3.2 處理措施

找到故障根源后，將下夾件螺栓連接處的油漆刮掉，并進(jìn)行打磨，更換新的墊圈。為防止漏磁環(huán)流產(chǎn)生，進(jìn)一步更改拉帶固定方式，每根拉帶由原來的兩只螺栓固定改為一只螺栓，完全固定后通過引線與下夾件連接，如圖9所示。

圖9 更改后的拉帶固定方式

3.3 處理后色譜分析

變壓器檢修后局放試驗合格，2016年6月20日重新投運。經(jīng)過1個月的油色譜跟蹤檢測氣體指標(biāo)均正常，檢測數(shù)據(jù)如表4所示，表明該主變壓器乙炔及總烴含量超標(biāo)故障分析處理準(zhǔn)確，缺陷得到有效解決。

表4 變壓器吊罩處理后油色譜跟蹤數(shù)據(jù) μL／L

4 結(jié)語

結(jié)合油色譜在線監(jiān)測技術(shù)和高頻局部放電、超聲波局部放電等帶電檢測技術(shù)實現(xiàn)變壓器內(nèi)部缺陷的綜合診斷。綜合采用改良三比值分析法、高頻局放信號情況分析和超聲波局放定位技術(shù)實現(xiàn)了變壓器內(nèi)部缺陷的定性和定位分析，并采取返廠解體驗證了檢測結(jié)論，有效地避免了一起重大設(shè)備和電網(wǎng)事故。所提出的方法正逐步成為變壓器內(nèi)部缺陷檢測、分析和評估的主要手段，是未來變壓器狀態(tài)檢修的主要發(fā)展方向。

在變壓器組件的裝配過程中，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行生產(chǎn)施工工藝，嚴(yán)控工作細(xì)節(jié)，對重要組件裝配過程中的各個環(huán)節(jié)均要嚴(yán)格把關(guān)，加強質(zhì)量監(jiān)督，確保生產(chǎn)質(zhì)量，防止不合格產(chǎn)品投入運行。在變壓器運行過程中，積極開展帶電檢測工作，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)加強跟蹤檢測，并結(jié)合油色譜分析、局放檢測、鐵心接地電流檢測等手段進(jìn)行分析診斷，盡早發(fā)現(xiàn)并消除設(shè)備缺陷，防止缺陷演變?yōu)楣收稀?/p>