馬斌 黃炫磊

摘要：簡要介紹了變壓器局部放電故障處理方法，針對(duì)兩臺(tái)油色譜分析中乙炔氣體超標(biāo)的±800 kV換流變壓器，采用局部放電超聲定位檢測的方法，準(zhǔn)確確定了放電點(diǎn)位置，在隨后的內(nèi)檢過程中發(fā)現(xiàn)了明顯的放電痕跡，驗(yàn)證了超聲定位的準(zhǔn)確性。該故障定位方法有助于提高變壓器維修效率，縮短維修工期。

關(guān)鍵詞：特高壓換流變壓器;局部放電故障;放電定位

0 引言

近年來，我國直流輸電工程項(xiàng)目飛速發(fā)展，其中特高壓直流輸電成為了超遠(yuǎn)距離輸電的重要組成部分，2017年年底前我國已經(jīng)有9條特高壓輸變電線路實(shí)現(xiàn)全部投產(chǎn)，未來國家電網(wǎng)公司還將繼續(xù)加大特高壓直流輸電網(wǎng)建設(shè)力度。特高壓換流變壓器作為直流輸變電線路上的重要組成部分，其自身運(yùn)行的安全可靠性會(huì)對(duì)直流輸變電線路的安全可靠運(yùn)行造成直接影響，對(duì)于保證特高壓直流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

電氣設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上總會(huì)存在一些電氣性能相對(duì)較薄弱的點(diǎn)，在場強(qiáng)較高的環(huán)境下設(shè)備會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，但不會(huì)立即造成大的絕緣損壞，從而導(dǎo)致整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)被貫穿性擊穿。根據(jù)《高電壓試驗(yàn)技術(shù) 局部放電測量》（GB/T 7354—2018）的定義：導(dǎo)體間絕緣僅被局部橋接的電氣放電被稱為局部放電，這種放電可以在導(dǎo)體附近發(fā)生，也可以不在導(dǎo)體附近發(fā)生。變壓器局部放電測量試驗(yàn)是驗(yàn)證變壓器產(chǎn)品絕緣水平的重要試驗(yàn)，可直接反映變壓器產(chǎn)品內(nèi)部絕緣的穩(wěn)定性，對(duì)于保證變壓器在長期工作電壓下的運(yùn)行狀態(tài)具有重要作用。

1 局部放電故障處理方法

當(dāng)變壓器出現(xiàn)局部放電故障時(shí)，一般采用故障定位的方式確定故障點(diǎn)位置，通常局部放電定位分為電氣定位和電聲定位兩種，再根據(jù)定位的結(jié)果進(jìn)行內(nèi)檢或吊罩工作，查找出故障點(diǎn)后進(jìn)行修理。

1.1 ? ?電氣定位

電氣定位方法一般常用的有多端子傳遞關(guān)系測量法和放電圖形比較法，其基本原理是：當(dāng)放電故障發(fā)生時(shí)，放電點(diǎn)會(huì)在產(chǎn)品內(nèi)部形成一個(gè)放電信號(hào)源，放電信號(hào)會(huì)從放電信號(hào)源向外傳輸信號(hào)，我們可以在套管的測量端子處檢測到這些信號(hào)，而這些信號(hào)的波形及幅值是不同的，一般我們會(huì)對(duì)各個(gè)套管端頭進(jìn)行方波校正，并記錄方波傳遞關(guān)系，將校準(zhǔn)脈沖施加到某個(gè)套管端頭上，在其他套管的測量端子處通過阻抗均可測量出其校準(zhǔn)量值，觀察其波形，此時(shí)我們記錄各測量端子上的校準(zhǔn)電荷量值，并計(jì)算各個(gè)端頭之間的比值關(guān)系?？傮w來說，電氣定位法只能確定放電源的大概位置，不能確定其具體的空間位置。

1.2 ? ?電聲定位

超聲波定位法原理：變壓器內(nèi)部出現(xiàn)放電點(diǎn)時(shí)，放電源同時(shí)會(huì)發(fā)出聲波，通過聲信號(hào)與電信號(hào)在介質(zhì)中的不同傳播速度確定信號(hào)源的具體位置。放電產(chǎn)生的超聲波在變壓器內(nèi)會(huì)以球面波的形式向各個(gè)方向傳播，因此只要將高靈敏度的超聲傳感器貼到變壓器上，傳感器探頭接收到聲信號(hào)后再通過光電轉(zhuǎn)換裝置，就能將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成可顯示和可測量的電信號(hào)。

2 特高壓換流變壓器局部放電故障定位實(shí)例

±800 kV云廣特高壓直流輸電工程自2009年12月28日投運(yùn)以來，越來越多的特高壓換流變壓器被投入到特高壓直流輸電項(xiàng)目中，隨著投運(yùn)的特高壓換流變壓器數(shù)量日益增多，運(yùn)行時(shí)間日益增長，有部分變壓器產(chǎn)品出現(xiàn)了局部放電檢測不合格的問題。

2.1 ? ?局部放電故障定位實(shí)例1

2019年，某特高壓換流站一臺(tái)型號(hào)為ZZDFPZ-493100/

500-600極Ⅱ高端Y/D-C相換流變乙炔信號(hào)報(bào)警，隨后對(duì)該產(chǎn)品的變壓器油氣體含量進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)之后的一個(gè)多月內(nèi)乙炔含量出現(xiàn)了快速增長的趨勢，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

為了保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行，本次故障定位在變壓器帶電運(yùn)行條件下進(jìn)行局部放電定位測量，經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，該換流變存在局部放電的異常情況，本次局部放電測量放電圖形如圖1所示。在變壓器本體夾件接地排線處安放一個(gè)耦合傳感器，如圖2所示，該傳感器由于接收放電信號(hào)并將電信號(hào)輸出，由電信號(hào)觸發(fā)超聲信號(hào)。本次測量選擇在本臺(tái)換流變壓力釋放閥下方布置4個(gè)超聲探頭，具體布置情況如圖3所示，具體定位信號(hào)圖形如圖4所示。根據(jù)超聲位置進(jìn)行計(jì)算，最終確定放電點(diǎn)位于變壓器內(nèi)部下托板附近，根據(jù)產(chǎn)品內(nèi)部圖紙進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該范圍內(nèi)存在磁壓板和夾件屏蔽管的緊固螺絲，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，如果緊固螺栓松動(dòng)引發(fā)接觸不良，在高場強(qiáng)下就會(huì)產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，進(jìn)一步惡化后會(huì)導(dǎo)致乙炔等特征氣體的產(chǎn)生，驗(yàn)證了本次變壓器油試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

2.1.1 ? ?內(nèi)檢方案

我們根據(jù)局部放電定位的位置，確定了內(nèi)檢方案。首先變壓器進(jìn)行充氣排油，排油工作完成后，由工作人員進(jìn)入變壓器內(nèi)部根據(jù)超聲定位確定的位置進(jìn)行檢查。

2.1.2 ? ?內(nèi)檢結(jié)果

變壓器放油后經(jīng)工作人員進(jìn)入其內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品上部夾件屏蔽的緊固螺栓處存在松動(dòng)情況，夾件屏蔽絕緣存在明顯的放電痕跡，如圖5所示，進(jìn)一步證實(shí)了本次局部放電定位測量的準(zhǔn)確性。對(duì)上部夾件屏蔽絕緣修復(fù)并緊固螺栓后試驗(yàn)合格，變壓器恢復(fù)運(yùn)行。

2.2 ? ?局部放電故障定位實(shí)例2

為了保證產(chǎn)品安全，本次試驗(yàn)采用了退出運(yùn)行，在換流站內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場局部放電測量的方案，本次在產(chǎn)品本體夾件接地處安放了一個(gè)耦合傳感器，該傳感器用于接收局部放電的電信號(hào)并將電信號(hào)輸出至測量儀器，觸發(fā)聲信號(hào)，但是本臺(tái)產(chǎn)品屬于我國早期設(shè)計(jì)研制的特高壓直流產(chǎn)品，它的鐵芯夾件接地比較特殊，如圖6所示，可以看到這種類型的鐵芯夾件如果是像實(shí)例1中的產(chǎn)品一樣在掛網(wǎng)運(yùn)行情況下進(jìn)行帶電檢測，則無法安裝耦合傳感器，也就無法進(jìn)行定位工作。

在隨后的局部放電測量時(shí)發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)電壓下變壓器無局部放電信號(hào)，因此無法進(jìn)行超聲定位。只能通過油色譜數(shù)據(jù)對(duì)變壓器故障進(jìn)行分析。變壓器油中溶解的氣體主要是空氣。新變壓器在高壓試驗(yàn)中、正常變壓器在運(yùn)行時(shí)，變壓器油可能會(huì)產(chǎn)生微量或少量氫氣、烴類氣體、一氧化碳和二氧化碳。若變壓器內(nèi)部存在故障，就會(huì)產(chǎn)生較大量的上述氣體，把這類氣體稱為故障特征氣體。根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》（GB/T 7252—2001）的三比值法查表可知，上述情況屬于低能放電兼過熱的情況。根據(jù)該產(chǎn)品的油樣數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：本次乙炔含量超標(biāo)，是由內(nèi)部存在局部放電缺陷導(dǎo)致，該缺陷與變壓器運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷有關(guān)，應(yīng)該是油中裸金屬放電。根據(jù)乙炔含量可以推斷出在變壓器內(nèi)部應(yīng)該出現(xiàn)了比較明顯的放電痕跡，可以以此發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)。

2.2.1 ? ?內(nèi)檢方案

我們根據(jù)以往修復(fù)同類型故障點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合變壓器結(jié)構(gòu)，確定了內(nèi)檢方案。首先對(duì)變壓器進(jìn)行充氣排油，排油工作完成后，由工作人員進(jìn)入變壓器內(nèi)部進(jìn)行檢查，主要針對(duì)變壓器器身磁壓板接地點(diǎn)、夾件屏蔽管與連接夾件的固定螺栓等位置進(jìn)行檢查。內(nèi)檢重點(diǎn)檢查部位如圖7所示。

2.2.2 ? ?內(nèi)檢結(jié)果

產(chǎn)品放油后，經(jīng)工作人員進(jìn)入變壓器內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)品上部夾件屏蔽的緊固螺栓處存在松動(dòng)情況，存在明顯的放電痕跡，如圖8所示。

3 結(jié)語

本文對(duì)兩臺(tái)油色譜分析中乙炔氣體超標(biāo)的±800 kV換流變壓器，采用局部放電超聲定位檢測的方法，準(zhǔn)確確定了放電點(diǎn)位置，隨后對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場排油內(nèi)檢，在內(nèi)檢過程中發(fā)現(xiàn)了明顯的放電痕跡，變壓器修復(fù)后試驗(yàn)檢測合格，驗(yàn)證了超聲定位的準(zhǔn)確性，為今后運(yùn)維人員遇到類似問題的處理提供了參考，具有較高的工程實(shí)踐意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 胡啟凡.變壓器試驗(yàn)技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2010.

[2] 邱太洪，羅容波，李國偉，等.超聲局放定位在變壓器故障檢測中的應(yīng)用[J].變壓器，2017，54（2）：66-67.

[3] 劉化龍.變壓器局放超聲監(jiān)測和定位技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，28（7）：71-79.

[4] 王偉平，繆東飛，何炳鋒.一起電力變壓器套管局放事故及原因分析[J].變壓器，2016，53（2）：71-74.

收稿日期：2020-05-07

作者簡介：馬斌（1982—），男，河北保定人，高級(jí)工程師，從事變壓器試驗(yàn)技術(shù)研究工作。