董理科，王英民，李冠良

（國網山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

0 引言

變壓器在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著變換電壓、電流和阻抗的重要作用，其運行狀態(tài)直接關系到電網的穩(wěn)定運行和電力的可靠供應。變壓器局部放電試驗是檢測繞組、套管等絕緣內部存在的放電造成絕緣老化、劣化或破壞的有效方法，是保證變壓器核心部件和設備整體長期安全運行的技術措施[1]。對220 kV及以上電壓等級的變壓器在交接時、大修后以及必要時開展局部放電試驗，有助于分析變壓器的絕緣性能，判定其能否安全投運或繼續(xù)使用，為設備運行維護、技術監(jiān)督和技改大修項目儲備提供依據。

1 局部放電試驗

1.1 局部放電及其危害

局部放電是指導體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電。這是導體絕緣內部存在的氣隙、氣泡或制造過程中形成的缺陷在高電場強度作用下發(fā)生多次重復擊穿和熄滅產生的；而四周的絕緣介質性能沒有發(fā)生改變，整個絕緣結構并未形成貫通電極的放電通道。

局部放電一般有固體絕緣的空隙放電和樹枝狀爬電、液體絕緣的氣泡放電、電極表面的尖端放電、介質的沿面放電等多種形式。局部放電的能量通常很小，其短時存在對設備絕緣不構成危害，但微弱放電的持續(xù)累積會導致絕緣老化、劣化、損壞甚至整體擊穿，其發(fā)展速度和具體過程與局部放電的類型、位置以及電力設備的絕緣材料、絕緣結構、運行狀況都有關系。

1.2 試驗原理及加壓方法

與中頻發(fā)電機相比，變頻柜具有體積小、重量輕、對現(xiàn)場電源容量要求低、輸出頻率能連續(xù)調節(jié)、可有效避免短路電流過大造成的故障點損壞、不產生恢復過電壓等優(yōu)點，因此被廣泛用于變壓器局部放電交接試驗或診斷性試驗供電，并經勵磁變壓器向被試變壓器低壓繞組加壓，通過被試變壓器本身感應到中壓側和高壓側，以達到保持60 s；再將試驗電壓降低到試驗規(guī)程或反事故措施所要求的試驗電壓。試驗時采用具有平衡式等電位屏蔽結構的電容式分壓器即交直流兩用數(shù)字高壓表對被試變壓器低壓側兩端的電壓進行測量和監(jiān)視。

根據《山西省電力公司電力設備交接和預防性試驗規(guī)程》（2006年版）的規(guī)定，變壓器局部放電試驗的加壓程序如圖1所示，Um為其高壓側的最高運行電壓。首先把試驗電壓升高到保持5 min；接著把試驗電壓升高到保持5 min；然后把試驗電壓升高到全電壓進行測量，保持30 min（110 kV和220 kV） 或60 min（500 kV），并按一定的時間間隔通常是5 min記錄局部放電的視在電荷量值。

圖1 變壓器局部放電試驗的加壓程序

1.3 試驗干擾及其抑制

在現(xiàn)場對油浸式變壓器開展局部放電試驗時，存在的干擾主要有以下5種[2]。

a）來自電源和勵磁變壓器的干擾。試驗工作往往會受到電焊作業(yè)、共用電源或站用（廠用）變壓器所帶負荷中的諧波源的干擾，一般采用低通濾波器和屏蔽式電源隔離變壓器抑制電源干擾、采用無局部放電變壓器降低勵磁變壓器和耦合電容器內部的放電干擾。

b）來自接地系統(tǒng)的干擾。接地干擾通常以電容耦合的方式進入試驗系統(tǒng)，嚴重影響視在放電量的校準和試驗結果的判斷，一般采用試驗回路一點接地和可靠連接接地線的方式進行抑制。

c）懸浮電位放電造成的干擾。因為局部放電試驗的施加電壓較高，試驗回路、被試變壓器以及所處環(huán)境中的不接地或虛接地的金屬物體就會出現(xiàn)感應的懸浮電位，進而發(fā)生放電干擾，故此一般采用遠離不接地的金屬物體、試驗帶電部位與周圍不帶電的設備保持足夠的安全距離或將試驗儀器的金屬外殼、被試變壓器的套管末屏等相關物體或元件可靠牢固接地的方法進行消除。

d）輻射造成的干擾。試驗過程中，外部的廣播通訊、無線對講、移動通信等不同頻率的電磁輻射信號都會通過空間直接耦合的方式作用于試驗回路形成干擾。一般通過典型放電的圖譜特征進行識別，并選擇在該類信號數(shù)量較少和幅值較小的時間段開展試驗。

e）電暈放電和接觸放電造成的干擾。當試驗回路和被試變壓器的帶電導體上存在曲率半徑很小的尖端或連接處接觸不良時，就會產生電暈放電和接觸放電，這種干擾往往隨著試驗電壓的升高呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。一般采用無暈的導電圓管以降低高壓引線表面的電場強度，在被試變壓器套管頂部加裝表面做過拋光處理的雙環(huán)式或盔帽式鋁合金均壓環(huán)以減小環(huán)體周圍各部位之間的電位差，仔細排查試驗接線以確保接觸良好等技術措施進行抑制。

1.4 狀態(tài)量界定及評價標準

鑒于局部放電試驗在變壓器缺陷排查和故障分析中發(fā)揮的重要作用，許多大學、科研院所和電力運營企業(yè)均已把該項檢測手段納入了變電設備狀態(tài)評價的范疇。以國家電網公司2017年3月新發(fā)布的《油浸式變壓器（電抗器） 狀態(tài)評價導則》為例，該導則依據對設備性能和安全運行的影響程度把狀態(tài)量分為一般狀態(tài)量和重要狀態(tài)量，依據單項狀態(tài)量扣分和部件合計扣分把變壓器狀態(tài)評價結果分為正常、注意、異常和嚴重4種狀態(tài)?；诰植糠烹娫囼灥臓顟B(tài)量界定及評價標準如表1所示，該狀態(tài)量為重要狀態(tài)量，當狀態(tài)量符合評價標準時，變壓器本體評價結果為異常狀態(tài)。

表1 基于局部放電試驗的變壓器狀態(tài)評價條款

隨著電網設備狀態(tài)檢修體系建設的不斷推進和資產全壽命周期管理的深入開展，基建、技改設備投運后的首次評價已經成為動態(tài)評價的重要組成部分。狀態(tài)評價導則只把運維檢修階段使用的Q/GDW 1168—2013《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》列入了規(guī)范性引用文件，并沒有對此做出相應的規(guī)定，所以對于局部放電試驗應將變壓器出廠試驗、交接試驗的測量結果作為新設備首次評價的數(shù)據來源，而以國家能源局《防止電力生產安全事故的二十五項重點要求》 （2014年版） 和《山西省電力公司電力設備交接和預防性試驗規(guī)程》 （2006年版）作為判斷試驗是否合格和設備狀態(tài)評價定級的依據。

2 局部放電試驗應用實例

以山西電網某新建500 kV變電站ODFS-334000/500型變壓器局部放電交接試驗為例進行分析。當施加的試驗電壓升高到188 kV時，可通過多通道數(shù)字式綜合分析儀觀測到局部放電信號，高壓側和中壓側的測量值分別為8400 pC和680 pC；繼續(xù)加壓時，放電次數(shù)增加，而放電量的連續(xù)水平沒有明顯變化，其熄滅電壓為193 kV。分析發(fā)現(xiàn)，高壓側和中壓側的局部放電圖譜響應波形相似，相位接近，幅值比例與傳遞系數(shù)一致，推斷可能存在懸浮電位放電干擾。

在對試驗回路、架構出線、均壓環(huán)、接地線等進行逐一檢查后排除外部因素的干擾；確認被試變壓器鐵芯、夾件和末屏以及套管式電流互感器二次端子有效接地，對其開展紫外成像檢測發(fā)現(xiàn)高壓側和中壓側套管法蘭盤與升高座有表面放電，原因在于兩者僅通過螺栓連接，缺少連接線，從而造成法蘭盤無法可靠接地，在加壓時便會產生懸浮電位放電。采用銅絲把法蘭盤和升高座進行臨時短接，重新進行試驗，高壓側和中壓側的局部放電量分別為85 pC和87 pC，滿足試驗規(guī)程規(guī)定的不大于100 pC，且與出廠試驗結果相比偏差不大；同時對變壓器設計和制造單位提出改進要求，在套管法蘭和升高座之間加裝軟連接線，以避免投切時可能出現(xiàn)的火花放電和電弧灼傷，導致變壓器密封破壞和油質劣化。

3 結論

隨著電力設備管理要求的提高和運維檢修經驗的積累，局部放電試驗在變壓器隱患排查、故障診斷和狀態(tài)評價中的研究和應用等方面都取得了良好的效果。對于試驗發(fā)現(xiàn)的各類問題，在設計階段，應全面落實電力反事故措施，將變壓器運行中出現(xiàn)的相關缺陷及時納入設計選型審查；在招標階段，嚴格規(guī)范全流程監(jiān)管，防止惡意低價競標導致的質量問題；在制造階段，應加強重要工序的駐廠監(jiān)造和關鍵試驗的過程監(jiān)督；在基建階段，應深化大型試驗現(xiàn)場見證和變壓器材質抽檢，并提出明確的整改意見和落實期限，確保變壓器無故障投運和安全穩(wěn)定運行。