中性点变压器耐压试验未通过的原因分析

徐国华，王梓琪，龚剑超

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台317200）

1 概述

某抽水蓄能电厂共有4台300 MW机组和4台360 MVA主变，机端电压18 kV，机组和主变采用联合单元接线，主变高压侧额定电压520 kV，500 kV系统采用内桥接线方式，正常运行方式为500 kV桥开关在合闸位置，500 kV系统合环运行。电厂主接线见图1。

发电电动机中性点接地变压器的作用是为中性点不接地的系统提供一个人为的中性点，便于采用消弧线圈或小电阻的接地方式，以降低配电网发生接地短路故障时的对地电容电流大小，提高设备的可靠性[1]。中性点变压器相关参数如表1。

表1 中性点设备规范

电力设备在运行中，绝缘长期受着电场、温度和机械振动的作用会逐渐发生劣化，形成缺陷。各种预防性试验方法，各有所长，均能分别发现一些缺陷，反映出绝缘的状况，但其他试验方法的试验电压往往都低于电力设备的工作电压，只有交流耐压试验比运行电压高，因此，交流耐压试验是保证中性点变压器安全运行的一个重要手段，是鉴定其绝缘强度最有效和最直接的方法[2]。本文通过分析一起中性点变压器耐压试验击穿情况，明确了击穿原因，验证了预防性试验的必要性，也积累了相关经验。

2 试验现象及原因分析

2.1 试验现象

某抽水蓄能电厂2号机结合C级检修工作进行中性点变压器预防性试验。试验内容为：

（1）绕组绝缘电阻测量。

（2）绕组直流电阻测量。

（3）绕组交流耐压试验。

试验人员确认2号机中性点变压器高压绕组尾端接地和低压绕组引出线已经拆除，现场安全措施满足试验条件后，开始试验。首先进行的是变压器绕组直流电阻测量试验和绝缘电阻测量试验，试验数据分别见表2和表3，与历次数据比对后，满足规程相关要求。

表2 高、低压绕组直流电阻

表3 绝缘电阻

图1 主接线图

之后，试验人员进行变压器高压绕组交流耐压试验，准备工作如下：①确认变压器各绕组引线已断开，且断开点有足够的安全距离，避免外部的影响；②依据该变压器出厂试验报告电压以及相关标准要求[3]确定试验电压，本次计划试验电压不高于出厂试验电压50 kV的80%，计划使用36 kV对高压绕组进行耐压试验；③确定电源电压为220 V，选定的工频耐压试验仪满足要求，确认试验仪器工作正常；④将被试高压绕组接试验仪器高压输出端，非被试绕组（低压绕组）及铁心接地，工作负责人核查接线正确，且接地部分牢固可靠；⑤检查试验接线准确，仪器仪表和调压器零位均准确无误，经工作负责人同意后开始加压。

试验人员合上试验仪器电源，匀速加压，并监视电压及电流表指示。在升压至32 kV时，听到有异响并观察到变压器高压线圈处有火花，试验操作人员迅速降压并切断电源，对变压器高压绕组放电后，立即检查该变压器的状态，发现变压器外侧上部有灼烧痕迹。如图2所示。

图2 中性点变压器故障点图片

2.2 原因分析

试验人员对变压器进行变比测试，仪器试验电压为160 V。额定变比是10392/500=20.784，测得变比为20.783，数据符合标准要求。

再次对变压器进行绝缘电阻测试，测试结果如表4所示。

表4 绝缘电阻

测试电压为2.5 kV时，无法测出高压绕组-低压绕组及地及高压绕组击穿点处的绝缘电阻，当测试电压为1.0 kV时，高压绕组-低压绕组及地及高压绕组击穿点处的绝缘电阻值为1.76 GΩ。测试接线图3所示。

图3 测试接线

从上述试验结果来看，可以确定中性点变压器故障点高压绕组绝缘损坏，击穿电压介于1～2.5 kV之间。故障原因分析如下：

（1）中性点变压器投运12年，绝缘性能降低。

（2）中性点变压器在进行交流耐压试验时仅有故障点一处击穿，说明故障点处绝缘较其他处不良。

（3）中性点变压器运行环境封闭，不存在故障点处绝缘材料加速老化条件，且变压器整体绝缘、高压绕组直流电阻无较大变化，可排除故障点处绝缘材料因环境而产生加速老化问题。

综上所述。中性点变压器整体绝缘性能降低，且故障点处绝缘油纸缠绕工艺不良，存在杂质或气泡，随着试验电压的升高，高压绕组绝缘油纸击穿并烧毁。

2.3 处理过程

（1）更换同型号变压器1台，更换后的变压器各项试验数据满足相关规程要求。

（2）经测试接地变压器阻抗与原接地变压器阻抗相同，对2号机进行试运行，发电电动机与母线设备未出现谐振情况，电流电压未发生较大变化。

2.4 防范措施

（1）将中性点变压器纳入事故备品备件计划，及时采购，确保数量充足。

（2）举一反三，加强对其他机组中性点变压器监测。

（3）按照技术监督要求，认真做好机组中性点预防性试验。

3 结论

抽水蓄能电站在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用任务，正发挥着越来越重要的作用[4]。抽水蓄能机组与常规水轮发电机组相比，主要区别是稳定运行工况多，工况转换复杂，而且转换操作频繁，对于参与日调节的机组，每天至少要启停1次，有时需要启停多次，并且对于各种工况的转换时间也有严格的要求。作为机组的关键设备，中性点变压器能否稳定运行对于抽水蓄能电厂以及整个电网都有着极为重要的意义。加强对中性点变压器的监测，及早发现隐患，就显得尤为重要。在变压器计划检修或故障诊断中，预防性试验结果依旧是不可缺少的诊断参量，在具体实施过程中，应将几个项目试验结果有机结合起来综合分析，这将有效提高判定的准确性[5]。