220kV 主变压器悬浮放电缺陷发现与分析

刘 哲，冯迹超，司昌健，李守学

（1.国网松原供电公司，吉林 松原 138000；2.大唐长春热力有限责任公司，长春 130000；3.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021）

油色谱分析技术对发现充油电力设备内部缺陷具有很高的灵敏度，针对单一类型的缺陷一般能有效诊断其性质及部位，但对于混合型缺陷，大部分情况下不能准确诊断缺陷类型及确定缺陷部位，因此，现场专业人员通过不断总结和积累设备缺陷诊断经验来提高色谱诊断技术水平。2015年4月，现场发现某220kV 变电站3号主变压器油色谱试验数据异常，C2H2组分含量较高，利用“三比值法”［1］初步判断此缺陷类型为电弧放电。经进一步分析，认为设备内部存在火花放电＋低温过热构成的混合型缺陷，与国网吉林省电力科学研究院研究放电类型中的“悬浮放电”类型［2］特征基本吻合，参考试验模拟情况基本确定了放电性质及缺陷可能存在的部位，后经设备现场检查确认了缺陷部位及放电类型。现对这起220kV 主变压器内部发生的混合型缺陷进行分析。

1 缺陷发现过程

某220kV 变电站3号主变压器是国内某大型变压器厂2011年9月产品，型号SZ11－180000／220，联结组别YNd11，额定电压（230±8×1.25%）／69kV。该设备于2011年10月安装投运，2012年4月16日色谱例行检测中首次发现油中含有C2H2组分（0.40μL／L），随后将油色谱检测周期调整为3个月，油中C2H2组分呈现缓慢增长趋势但相对稳定，截至2015年1月27日，油中C2H2组分体积比为0.66μL／L。2015年4月17日，色谱检测中发现C2H2组分快速增长至38.57μL／L（C2H2体积比注意值5μL／L［1］），复测数据为39.40μL／L（当日平均负荷率为60%），初步判断设备内部存在放电性缺陷。设备部分历史色谱数据见表1。

2 缺陷分析及诊断

设备投运6个月后，油中首次出现C2H2组分，色谱试验人员将检测周期调整为3个月，又经过连续36个月跟踪检测发现C2H2组分由缓慢增长趋势变为突增情况，说明设备内部缺陷由初期的缓慢发展期进入到快速爆发期，如不及时采取措施将产生严重后果，因此专业人员对3号主变压器缺陷情况进行了综合分析及诊断。

a.对表1中色谱数据（2015年4月17日）利用“三比值法”判断，获得编码为“101”，缺陷类型为电弧放电。

b.该设备首次出现C2H2组分到含量突增历经40余月，C2H2组分呈现缓慢增长趋势，CO 及CO2含量也呈现增长趋势，初步排除绕组线圈等关键的电回路部位。

c.设备内C2H2体积比增长到38.57μL／L时，如果是内部存在电弧放电缺陷，那么设备缺陷状态将非常严重甚至会发生烧损，然而该设备轻瓦斯和重瓦斯都没有发出信号，集气盒内无气体，说明电弧放电的缺陷类型与设备现实状态严重矛盾，且不合常理，因此应对设备缺陷情况进行深入分析。

表1 3号主变压器部分历史色谱数据 μL／L

d.对色谱数据进行综合分析后认为，缺陷数据表现出混合型缺陷的特征，进行色谱数据拆分处理后得到了缺陷类型为火花放电＋低温过热的混合型缺陷。

e.设备油中C2H2缓慢增长的状况说明裸金属间隙发生的火花放电缺陷持续存在，火花放电发展到一定程度必然会进入快速爆发期，也能很好解释C2H2组分存在40多个月后突增的情况；低温过热能由设备内CO 及CO2含量显著增长进行解释，以CO 含量为例，设备投运12个月体积比在100μL／L以内，投运30个月体积比在300μL／L 以内，投运42个月体积比在500μL／L 以内，说明缺陷涉及固体绝缘。

综合上面5点分析，能有充分理由排除缺陷为电弧放电类型，同时对火花放电＋低温过热构成的混合型缺陷类型进一步分析后认为，该设备缺陷存在铁磁回路可能性非常大。最终经过与国网吉林省电力科学研究院开展的《充油变压器四类放电模型产气特征的研究》项目成果中“悬浮放电”［2］模型产气特征进行对比，数据特征吻合（数据特征对比见图1）。诊断认为该设备的缺陷为火花放电＋低温过热混合型缺陷，借鉴模拟情况，认为设备缺陷部位可能位于铁心及其相邻绝缘部位。

3 现场电气试验

图1 3号主变与“悬浮放电”模型产气特征数据的对比

2015年5月9日，对3号主变压器进行了现场局部放电试验检查，220kV 侧A、B、C 相高压绕组局放量分别为400、500、400pC（规程规定不大于100pC［3］），证明设备存在低能量放电缺陷，排除导电回路存在电弧放电（高能量放电）的可能。

4 设备缺陷检查

对3号主变压器进行现场检查，设备放油后技术人员进入变压器内部进行器身检查，发现铁心上铁轭与B相绕组线圈上压板间存在一个三角形硅钢片角料，对应铁轭铁心片表面有放电烧蚀痕迹，硅钢片角料与上压板接触部位已碳化。分析认为，该角料在铁心回路漏磁区处于交变电磁场中，角料尖端与铁心构成极不均匀电场，最终与上铁轭相邻部位发生裸金属火花放电，放电同时对绕组线圈上压板绝缘造成烧蚀碳化导致CO 及CO2增长，表现为低温过热特征。缺陷部位的确认证实设备内部缺陷为火花放电＋低温过热构成的混合型缺陷。

5 结论

该起220kV 主变压器悬浮放电缺陷类型，与常见的悬浮放电缺陷就是单一火花放电的情况比较有明显差别，是一种混合型的缺陷，因此在进行此类缺陷分析及诊断时首先不要盲目相信“三比值法”等工具得出的缺陷结论，应结合设备运行条件、设备结构及现实状态等因素综合分析结论的科学性，发现疑问后要细致地对设备缺陷情况及数据进行综合判断。

［1］DL／T 722—2014，变压器油中溶解气体分析和判断导则［S］.

［2］李守学.充油变压器四类放电模型产气特征的研究［R］.长春：国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，2012年.

［3］Q／GDW 1168—2013，输变电设备状态检修试验规程［S］.