110 kV变压器介质损耗因数超标的缺陷分析及处理措施

刘海峰 ，刘惠英,刘廷众，刘宏亮 ，刘 伟

(1. 河北省电力研究院，石家庄 050021；2.河北省电力公司职业技术培训中心，石家庄 050031;3.衡水供电公司，河北 衡水 053000)

电力变压器是电力系统中电能传输与分配的重要设备之一，其安全稳定运行十分重要。通过电气试验、油化试验可以及时发现变压器绝缘缺陷，对于确保电网和设备安全意义重大。下面结合110 kV变压器介质损耗因数超标缺陷案例，介绍缺陷诊断分析过程和处理措施。

1 缺陷概况

某110 kV变电站1号主变压器为双绕组变压器，型号SFZ10-50000/110，额定电压110 kV/10.5 kV，联结组别YNd11，于2002年7月出厂，2003年5月投运。

2008年4月1日，在对该主变压器进行停电例行试验时，发现除介质损耗因数超过注意值外，其他试验结果均正常，介质损耗试验结果见表1。随后1年多时间，一直对该变压器进行油色谱跟踪监测。2009年5月31日，再次进行停电试验发现该变压器介质损耗因数与2008年基本相同，仍是高压绕组介质损耗因数超标，其他项目正常。

表1 变压器介质损耗因数tanδ和电容量Cx实测结果

2 缺陷查找

2.1 绝缘油试验

对该变压器进行绝缘油常规试验，并未发现绝缘油有受潮或劣化的迹象，试验结果正常。该变压器2006-2008年油中溶解气体分析结果见表2。

表2 2006-2008年油中溶解气体测试结果 μL/L

从表2可以看出，该变压器油中乙炔、总烃及氢的含量并未超过注意值，而2006-2008年，变压器油中一直有微量乙炔，但比较稳定，没有继续增加的趋势。由此判断，绝缘油水分的质量分数等油化试验结果正常，排除绝缘油受潮的可能。

2.2 电容值及介质损耗值计算

通过查看运行记录，1号主变压器投运以来一直运行稳定，未发生过负荷、过励磁及出口或近区短路等不良工况。为进一步分析是何部位有异常，可利用介质损耗试验实测值推算出绕组对地和绕组之间的电容量及相应的介质损耗因数。测量双绕组变压器tanδ和Cx的接线示意见图1，计算公式见式(1)-(6)。由图1可知，CH、tanδH、CL、tanδL、CH+L、tanδH+L为实测得到的电容值和介质损耗值，而C1、C2、C3、tanδ1、tanδ2、tanδ3为绕组对地和绕组之间的电容值和介质损耗值。

(a) 高压绕组-低压绕组及地 (b) 低压绕组-高压绕组及地

(c) 高、低压绕组-地

(1)

C2=CL-C1

(2)

C3=CH-C2

(3)

(4)

(5)

(6)

经过计算可得，变压器高压绕组对地的介质损耗为2.23%，而低压绕组对地的介质损耗为0.06%，高压绕组对低压绕组的介质损耗为0.40%。计算结果表明异常出现在高压绕组对地之间的主绝缘上。由于负荷等原因，当时并未进行吊罩检查，现场经过滤油处理后即投入运行，随后1年时间里该变压器一直处于监视运行状态。

2.3 局部放电试验

2009年6月1日，为进一步分析缺陷原因，并判断该缺陷是否影响变压器运行，对该主变压器进行了局部放电试验，试验接线如图2所示，试验结果见表3。

图2 三相双绕组变压器局部放电测试接线(以U相为例)

表3 局部放电试验结果

分析试验结果发现，U相、W相的放电起始电压约为V相的2倍，局部放电量严重超标，其中V相放电量达6 000 pC，而且三相局部放电波形基本一致，因此判定放电源在V相。为进一步确定缺陷位置，采用以下3种方法对放电源进行定位。

2.3.1 多端子测量法

首先对变压器分相加压，同时监测变压器三相局部放电数据，试验结果见表4。

表4 分相加压时三相局部放电测试结果

从表4可知，当局部放电激发时，不论加压位置在哪一相上，V相局部放电都为5 800 pC，而其它两相的局部放电均较小，说明放电源在V相。

2.3.2 起始电压法

为确定放电源的位置，采用起始电压法进行定位。具体方法是，利用高压中性点的绝缘水平进行支撑加压，即将V相、W两相高压端子短路并接地，高压中性点悬空。此时U相高压端子的电位与之前相同，而其他部位的电位有所改变，加压时的相量图见图3。

图3 中性点支撑加压时变压器相量图

对不同加压方式下的放电起始电压及放电量进行比较，如果放电源在U相高压绕组的中部或尾端，起始电压会由于电位不同发生变化；如果放电源在U相高压绕组首端附近，则起始电压不会变化。加压试验采用uv励磁、UV接地、O悬空的加压方式，起始电压为52.9 kV，试验结果为V相放电量5 800 pC。从试验结果可以看出，采用中性点支撑方式加压时，V相局部放电起始电压与放电量均未发生明显变化，说明放电源的电气位置应该在V相高压绕组的出线端子附近。

2.3.3 超声定位法

在变压器油箱外部的V相高压侧，沿垂直方向依次均匀布置3个超声探头。再次升压后，在测试变压器局部放电的同时，采用超声定位法对放电源进行定位。试验发现，当局部放电测试仪监测到局部放电脉冲时，最上方的探头收到明显信号，位于中间的探头收到的信号较弱，而最下方的探头收到信号最弱，这说明放电源的空间位置应该在V相高压绕组的上部。

2.4 外观检查

2009年7月将该变压器返厂解体，厂内检查发现变压器V相绕组端部角环上有多处放电痕迹，见图4；压板与压钉接触部位被烧黑，部分压钉端头上的绝缘垫圈已被击穿，详细情况见图5、图6。

图4 V相绕组端部角环放电痕迹

图6 压钉绝缘垫圈被击穿痕迹

3 原因分析

110 kV变压器的主绝缘包括高压与低压绕组之间、不同相之间以及对地绝缘和引线等对地或对其他绕组的绝缘，其中包括绕组间的绝缘筒、绕组端部的角环和相间隔板。由于该变压器角环使用材料的材质不良，在长期工作电压下发生局部放电，造成绝缘性能降低。同样，该变压器压钉绝缘垫圈采用的是酚醛材料，在高场强作用下被劣化击穿，并在压板上烧出痕迹。因此，绝缘材料质量低劣是造成变压器介质损耗和局部放电超标的主要原因。该变压器出厂和交接时均未进行局部放电试验，所以未能及早发现上述缺陷。

4 处理措施

根据变压器解体情况，在制造厂内制定了处理方案，采取了以下主要措施：

a. 将全部压钉绝缘垫圈由酚醛材料改为压缩硬纸板材料；

b. 将三相压板更换为高绝缘强度的绝缘木压板；

c. 将高压绕组的全部角环更换为魏德曼新型材质角环，且更换调压绕组的角环；

d. 将支架使用的尼龙螺杆、螺母更换为压缩木质材质件；

e. 将原紧固铁心的环氧树脂玻璃布改成新型的聚酯紧固带。

改进处理后，变压器一次性顺利通过出厂局部放电试验，恢复投运后至今未见异常。

5 结束语

高压绕组端部角环等绝缘件选用材料质量低劣是造成此次变压器介质损耗和局部放电超标的主要原因。诊断变压器内部缺陷通常需要综合多种手段进行分析，必须结合电气试验、油化分析，以及设备运行、检修等情况进行综合判断，最终确定缺陷的类型及部位。对于110 kV变压器，应进一步加强赴厂监造和验收，保证监造和验收的质量，在变压器出厂和交接时进行局部放电试验十分必要。

参考文献：

[1] 王寅仲，海世杰.电气试验[M].2版.北京：中国电力出版社，2008.

[2] 董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京：中国电力出版社，2001.