秦 松 ，李 彬 ，張大偉 ，程祥珍 ，武魯曉

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東 泰安 271000；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司寧陽(yáng)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(yùn)行對(duì)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(zhǎng)、放電信號(hào)弱且內(nèi)部電磁信號(hào)傳遞模式復(fù)雜，目前開(kāi)展的停電例行試驗(yàn)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(duì)于內(nèi)部局部分布式絕緣缺陷則難以有效檢測(cè)、定位和評(píng)估。因此，變壓器的帶電檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐一直是近幾年來(lái)實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用關(guān)注的焦點(diǎn)。

通過(guò)變壓器帶電檢測(cè)技術(shù)，可以盡早發(fā)現(xiàn)變壓器在運(yùn)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(cè)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(cè)手段，來(lái)進(jìn)一步判斷故障的性質(zhì)、部位和發(fā)展趨勢(shì)，為其狀態(tài)評(píng)價(jià)和檢修提供依據(jù)。

1 故障概況

某220 kV變電站1號(hào)變壓器型號(hào)為SFPSZ9-150000／220，2000年11月投運(yùn)，2012年12月返廠完成抗短路能力改造后重新投運(yùn)，投運(yùn)前經(jīng)耐壓、局部放電試驗(yàn)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(duì)該變壓器進(jìn)行油色譜檢測(cè)時(shí)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(duì)該變壓器開(kāi)展跟蹤檢測(cè)，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(zhǎng)趨勢(shì)明顯且均超標(biāo)，部分氣體增長(zhǎng)趨勢(shì)如圖1所示。對(duì)該變壓器進(jìn)行高頻脈沖及超聲波局放檢測(cè)，在高壓側(cè)C相中下部、扶梯中下部、有載開(kāi)關(guān)下方檢測(cè)到異常信號(hào)。

圖1 部分氣體增長(zhǎng)趨勢(shì)

2 缺陷分析

2.1 油色譜分析

1號(hào)變壓器本體油色譜跟蹤檢測(cè)數(shù)據(jù)表如表1所示。從跟蹤檢測(cè)數(shù)據(jù)看，油中各類氣體體積分?jǐn)?shù)在 不斷增長(zhǎng)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(jì)算得絕對(duì)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(duì)表1數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼計(jì)算如下：

將計(jì)算結(jié)果與表2數(shù)據(jù)比對(duì)，確定三比值編碼為122，對(duì)應(yīng)的故障類型為變壓器內(nèi)部有低能量放電兼過(guò)熱。由于油樣中CO、CO2含量沒(méi)有明顯增長(zhǎng)，表明變壓器故障沒(méi)有涉及固體絕緣材料，具體放電點(diǎn)和發(fā)熱點(diǎn)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(cè)

2015年11月20日，采用高頻脈沖電流檢測(cè)、超聲檢測(cè)模式對(duì)該變壓器進(jìn)行局放在線檢測(cè)[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(diǎn)接地線接收放電信號(hào)。超聲波檢測(cè)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(hào)，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(gè)檢測(cè)點(diǎn)，b面和d面取上中下3行，每行6個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，共計(jì)48個(gè)檢測(cè)點(diǎn)呈矩陣式排列，如圖2所示。

高頻脈沖信號(hào)幅值平穩(wěn)，波形平滑，在檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)，未檢測(cè)到與局部放電特征相符的異常脈沖信號(hào)。超聲波檢測(cè)時(shí)間段內(nèi)在a檢測(cè)面3號(hào)、6號(hào)檢測(cè)點(diǎn)（有載分接開(kāi)關(guān)下部）與d檢測(cè)面15號(hào)檢測(cè)點(diǎn)（高壓側(cè)C相套管下部）位置檢測(cè)到明顯超聲波信號(hào)，異常檢測(cè)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(duì)該變壓器再次進(jìn)行局部放電檢測(cè)。經(jīng)過(guò)多次周期性檢測(cè)，在高壓側(cè)C相中下部、扶梯中下部、有載開(kāi)關(guān)下方也檢測(cè)到超聲信號(hào)，但是未檢測(cè)到高頻脈沖電流信號(hào)，信號(hào)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(cè)點(diǎn)

表3 超聲在線檢測(cè)異常數(shù)據(jù)

從兩次的檢測(cè)情況看，超聲幅值均在15 dB左右，檢測(cè)到的超聲波信號(hào)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(cè)到的位置也近乎相同。

圖3 有載開(kāi)關(guān)下方超聲波信號(hào)及傳感器位置

圖4 高壓側(cè)C相中下部超聲波信號(hào)及傳感器位置

圖5 扶梯中下部超聲波信號(hào)及傳感器位置

2.3 檢測(cè)結(jié)論分析

從油色譜分析和兩次局部放電檢測(cè)情況來(lái)看，初步判斷主變壓器內(nèi)部存在放電及過(guò)熱，且放電位置靠近高壓側(cè)C相中下部，重點(diǎn)傾向于引線對(duì)地未固定的部件之間或懸浮電位之間，而過(guò)熱點(diǎn)可能為分接開(kāi)關(guān)或引線接觸不良、鐵芯多點(diǎn)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(yàn)，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(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常，將有載分接開(kāi)關(guān)吊出檢查無(wú)異常，套管引線無(wú)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(yùn)行時(shí)漏磁通穿過(guò)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(duì)下夾件所有螺栓逐一拆除進(jìn)行檢查時(shí)，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(yàn)證了局部放電檢測(cè)時(shí)高壓側(cè)C相中下部存在異常放電信號(hào)的結(jié)論。同時(shí)對(duì)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(shí)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(chǎng)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(lái)的兩只螺栓固定改為一只螺栓，完全固定后通過(guò)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(yàn)合格，2016年6月20日重新投運(yùn)。經(jīng)過(guò)1個(gè)月的油色譜跟蹤檢測(cè)氣體指標(biāo)均正常，檢測(cè)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(yǔ)

結(jié)合油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和高頻局部放電、超聲波局部放電等帶電檢測(cè)技術(shù)實(shí)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(hào)情況分析和超聲波局放定位技術(shù)實(shí)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(yàn)證了檢測(cè)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(cè)、分析和評(píng)估的主要手段，是未來(lái)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(guò)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(duì)重要組件裝配過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)均要嚴(yán)格把關(guān)，加強(qiáng)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(yùn)行。在變壓器運(yùn)行過(guò)程中，積極開(kāi)展帶電檢測(cè)工作，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)加強(qiáng)跟蹤檢測(cè)，并結(jié)合油色譜分析、局放檢測(cè)、鐵心接地電流檢測(cè)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>