超声定位技术在变压器故障诊断中的应用

王鹏皓，俞华，王天正

（1.国网太原供电公司，山西太原030012；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001）

超声定位技术在变压器故障诊断中的应用

王鹏皓1，俞华2，王天正2

（1.国网太原供电公司，山西太原030012；2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001）

以某电厂500 kV变压器局部放电故障为例，介绍了变压器故障找寻的过程。首先通过变压器油中溶解气体确定故障性质，然后结合变压器长时感应耐压测局部放电、超声波定位确定故障部位，最后综合变压器返厂解体检查的情况，确定了故障原因。综上所述，结合现场实践，提出了变压器现场局部放电试验的改进建议。

变压器；油中溶解气体；局部放电；故障定位

电力变压器是电力系统中的关键设备之一，其运行可靠性直接影响着整个系统的安全稳定。局部放电试验是绝缘劣化的重要指标，因此深入探讨局部放电技术，通过发现变压器的故障性质和故障部位，合理制定大修措施，对提高变压器安全运行可靠性具有重要意义。变压器局部放电检测方法有脉冲电流法、超声波法、光测法和化学检测法等，在故障诊断分析中，往往需结合这些手段，以提高发现故障的有效性。

1 变压器运行情况

2001年7月13日该变压器A相油色谱例行检验，乙炔含量为1.67×10-6，立即缩短检验周期为1次/周，随后油中溶解气体含量稳定，后周期改为1次/月。

2002年9月8日变压器大修，先进行了真空滤油。为排除变压器本体之外的原因而产生的乙炔，逐个对潜油泵进行检查，并解体1台潜油泵备件确定有可能发生放电的部位，包括泵轮摩擦、线圈匝间及单相对地短路等，各项检查均未出现问题。开启潜油泵连续运行2天后，油中溶解气体中乙炔含量为0，其他特征气体含量稳定，通过多种手段排除了由于潜油泵产生的乙炔，随后投入运行。

2006年11月至2012年7月，特征气体乙炔含量一直稳定在2～5×10-6，但在2012年8月22日对该主变油色谱进行月度跟踪试验时发现乙炔含量突增为15.8×10-6，油色谱数据见表1（由于篇幅较长，略去往年数据）。

2 变压器故障点找寻

2.1 油色谱分析

a）计算油中气体总烃月相对增长速率。

表1 近期来油中溶解气体含量（×10-6）

超过了导则要求的10%，认为该变压器存在缺陷。

b）缺陷定性：属于不连续的低能量放电。根据三比值法和特征气体法，编码为“200”，再结合特征气体中乙烯没增长，判断变压器属于低能量放电。2011年7月20日至2012年7月24日，乙炔、氢气等特征气体和总烃一直稳定，分析变压器运行正常。只是在2012年8月22日油色谱检测时总烃、乙炔、氢气有明显的增长，判断该变压器存在间歇性放电。

2.2 高压试验

高压试验分别进行了绝缘电阻、直流电阻、绕组介质损耗、绕组变形、局放等试验，除了局部放电试验外，其他试验均合格。

局部放电定位是采用超声波定位法，其原理主要是利用超声波在变压器中的不同介质（油纸、绕组和隔板等）中传播，到达固定在变压器油箱壁的超声传感器，通过多个超声传感器测量不同传感器检测到信号的时间延时，理论上经过定位算法的计算，就可以对局放源进行物理定位。

考虑运行以来油中断续产生乙炔，在现场检查条件恶劣，于是决定返厂解体进行检查。在解体时重点检查高压引线连接处、均压球、油箱磁屏蔽等部位。

2.3 返厂检查

确定了局部放电的故障点位置后，将故障变压器返厂解体，对高压出线装置、高压线圈、磁屏蔽等部位进行了检查，除了高压出线装置外，其他部位未发现异常。在检查到高压出线装置时，发现缺少1只支撑均压管的垫块，在对应部位有约长12 cm、宽5 cm的黑色痕迹，波纹盘表面有大量的黑色条纹，均压管外绝缘层与波纹盘之间的绝缘支撑垫块未发现放电痕迹；此外，均压球与均压管连接部位的绝缘管挫伤严重。

由于还不能完全确定波纹盘上的黑迹是放电痕迹，决定取其中样品送至国内某研究机构，样品取自出线装置中均压球及波纹盘上烧焦部位试样。测试结果如表2所示。

表2 波纹盘上的绝缘纸样测试结果

测试结果分析如下。

a）样品的聚合度已经极小，基本丧失了机械强度和电气性能。

b）样品的灰分含量偏高，说明原有制造出线装置外层绝缘的原料纯净度不够。

c）试样的水抽出物pH值4.61，说明变压器油已经在局放电场作用下严重酸化，不具备足够的绝缘性能。

d）试样的水抽出物电导率为15ms/m，说明绝缘体表面电泳过高，也是形成局放的一个原因。

采样检测的数据充分表明：波纹盘上的黑迹为放电所致，高压出线装置绝缘性能基本丧失。该研究所建议高压出线装置需要重新更换。

2012年11月26日，变压器重新更换了出线装置后，在制造厂进行了出厂试验。试验项目包括：电压比试验及联结组标号测定、直流电阻测定、绕组绝缘电阻测试、绕组介质损耗、直流泄漏电流试验、空载损耗和空载电流试验、负载损耗和短路阻抗试验、外施工频耐压试验、感应耐压试验及局部放电测量（雷电操作冲击前后均进行）等，试验均合格。

投运后半年，该变压器运行正常。

3 故障原因分析

本整体绝缘出线装置，由于均压管安装时遗漏或在运行中支撑脱落，造成均压管整体下垂，引起该区域绝缘电场畸变。据了解电厂在2012年8月21日开关进行了操作，引起过电压诱发了均压管对波纹盘的局部放电，并沿面放电发展，导致波纹盘表面烧损，并产生乙炔，过电压消失后，放电就停止，乙炔含量就稳定了，但由于该区域电场长期畸变，加速了固体绝缘的老化。

4 结束语

b）应重视变压器的时延效应。时延是指变压器局放试验时需要一些时间才出现明显的局部放电信号。尤其是高电压变压器，它的绝缘体积庞大，其水分、杂质的集聚需要时间。然而在一些变电站由于站用电源限制原因难以进行长时感应测局部放电，甚至有时候试验人员加压不到5min就不得不终止局放测试，这可能会错过发现变压器缺陷的机会，因此，建议新建变电站应考虑现场交接试验的电源问题。

c）超声波定位对于放电源在线圈内部时较难定位，主要原因是超声信号在油、线圈、纸板、油箱等材料的传播途径复杂、衰减严重，导致检测灵敏度较低，在现场上要准确定位还很难，幸亏该变压器放电源在高压出线装置内部，超声信号传播相对简单。此外，超声定位是一项极费时的工作，需要试验人员反复地、仔细地一步步在油箱上找。

d）油中溶解气体对于发现变压器局部放电灵敏度较高，在变压器故障分析诊断中需要结合变压器局部放电试验才能更好发挥作用。

Application of Ultrasonic Detection Technology in the Transformer Fault Diagnosis

WANG Peng-hao1，YU Hua2，WANG Tian-zheng2
（1.State Grid Taiyuan Power Supply Com pany，Taiyuan，Shanxi 030001，China；2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Taking partial discharge faultofa 500 kV transformer in a power plant for example,this paper presents the process of transformer fault finding.Firstly，the faultnaturewas confirmed through the gas dissolved in transformer oil.Then，the fault location was confirmed in combination ofmeasuring partialdischarge by the transformer through long-time induction ofwithstand voltage and ultrasonic positioning.Finally，the fault cause is determined according to the strip inspection of the transformer.In conclusion，suggestions are put forward on improving field partialdischarge test for the transformer combiningwith field practice.

transformer；dissolved gas in oil；partialdischarge；fault location

TM406

B

1671-0320（2014）05-0005-03

2014-05-28，

2014-08-02

王鹏皓（1988-），男，山西太原人，2012年毕业于山西师范大学财务管理专业，从事电力工程类概预算工作；

俞华（1980-），男，江西东乡人，2007年毕业于湖南大学电器专业，高级工程师，硕士，从事变压器试验研究、变压器故障诊断工作；

王天正（1965-），男，山西应县人，1987年毕业于太原工业大学电机专业，高级工程师，从事变电设备的高压试验研究工作。