一起220 kV变压器局部放电异常的分析与处理

伊 锋，张 廷，梁 健，高志新，孙承海

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003；2.国网山东省电力公司，山东 济南 250001；3.国网智能科技股份有限公司，山东 济南 250101）

0 引言

随着电网规模不断扩大，交直流输电工程不断落地，变压器在电力输送中的重要性也显著提高，然而，因变压器质量良莠不齐，部分变压器会有故障发生，为电网安全稳定运行带来隐忧。局部放电试验是变压器现场交接试验最为重要的试验项目，在现场能有效解决常规试验项目无法发现的因各种原因造成的变压器内部绝缘损伤。局部放电虽然能量相对较小，但对于绝缘材料的危害呈几何式增长，加上累积效应，最终导致绝缘击穿，破坏电网的安全运行。大量实例表明，变压器内部故障多数是由局部放电引起的。

近年来，国内外学者针对不同种类的变压器故障提供了一些检测方法。文献［1］对变压器局部放电测试影响分析进行研究，完成了对各个可能影响局部放电的因素进行了修订。文献［2］对特高压泉城主变压器现场局部放电试验技术进行分析。文献［3］提供了变压器试验技术，对各种试验方法进行了阐述。虽然上述研究对变压器试验进行了分析，但未有文献考虑提供变压器故障后的处理过程。

结合一起220 kV变压器局部放电超标进行综合诊断，对于类似局部放电超标诊断及检修处理具有一定参考意义。

1 故障概况

某发电厂进行变电站技术提升，使用一台新的变压器。型号为SZ10-100000 ∕220，额定电压为（230±8×1.25%）∕20 kV，联结组标号为YNd11。

根据国家相关技术标准要求［4］，局部放电测量时高压侧电压为，此时，低压侧电压为31.6 kV。在测量电压下，B、C 两相放电量均小于100 pC，但在对A 相进行试验时，当低压电压在23 kV左右时，开始出现放电信号，在测量电压下，A 相局部放电量为600 pC，不满足试验相关标准，试验不合格［4-6］。以A 相为例，试验接线如图1 所示。其中，Vs为局部放电试验电源（450 kW 变频电源），T为试验变压器，Tr 为被试变压器，Pm 为无局部放电分压器，Vp 为峰值电压表，PD 为局部放电测试仪，Z为测量阻抗。

图1 试验接线

2 故障分析

2.1 外部排查

首先对可能存在的干扰进行排查［5-8］：

1）对变压器再次进行充分放气；

2）对分接开关进行多次操作，排除开关接触不良；

3）对所有的套管末屏、TA 二次短接、变压器周围试验环境进行检查，未发现问题；

4）重新对该变压器B 相进行局部放电试验，试验合格，排除试验设备的干扰。

排查后，可基本排除外部干扰造成局部放电超标的可能，重新升压试验，A相局部放电量仍为600 pC，由此初步判断变压器绝缘存在缺陷。

2.2 内部诊断

完成外部排查之后，再次进行局部放电试验，试验前对变压器进行了传递比校准，如表1所示。

表1 试验前传递比校准

试验中在低压侧增加了无局部放电耦合电容，增加了对低压侧局部放电量的监测。在低压侧电压升至23 kV 时出现放电信号，放电现象、放电波形与之前试验相吻合。电压从出现局部放电电压23 kV 升至测量电压31.6 kV 过程中，高压侧局部放电量随电压升高而增大，持续测量60 min后，放电量高压为600 pC，低压130 pC，基本符合传递比规律，且低压侧局部放电量符合技术协议要求。判断局部放电位置处于高压侧。

2.3 支撑法定位

为进一步确定故障位置，将试验接线方式改为支撑法接线，进行故障电气定位［2-7］。以A 相为例，支撑法试验接线如图2所示。

图2 支撑法试验接线

支撑法试验主要作用是保持高压端在局部放电试验电压，同时降低匝间电压。以本台变压器为例，改为支撑法试验时，高压侧在测量电压209.8 kV 时，低压侧电压为正常试验电压的2∕3，即2∕3×31.6=21.1（kV）。

将支撑法试验结果与正常接线法试验结果对比，如表2所示。

由表2 可知，支撑法接线方式下，低压侧电压为14.5 kV 时，高压出现局部放电信号；正常接线方式下，低压侧电压为23 kV时，高压出现局部放电信号。支撑法接线方式下，低压侧电压为21.1 kV 时，高压侧达到测量电压，高压侧局部放电量为600 pC左右，此时低压侧电压还未达到正常接线时开始出现局部放电时的电压。综上可知，局部放电现象出现与否与高压端电压有关，与匝间电压无关，排除匝间故障因素，结合局部放电图形，与典型绝缘材料放电波形相似，如图3 所示，明确故障点位于绕组首端及高压引线附近。

表2 正常接线与支撑法接线试验结果

图3 高压放电波形

2.4 检查验证

对变压器进行放油检查，重点检查A 相高压首端引线附近绝缘层，未发现明显故障点，用绝缘材料对此处重新处理后抽真空注油。静置48 h后进行局部放电试验，试验过程与第一次结果相同，B、C 两相局部放电量小于100 pC，A 相局部放电量为600 pC，试验不合格，处理位置不正确。

3 综合分析及试验验证

1）根据上述故障分析，依次排除了变压器外部干扰、低压侧存在故障点的因素；

2）支撑法明确故障点在高压首端，放油检查后，未能在A 相发现故障点，重新处理绝缘后，试验与第一次结果相同。可以判断故障点未在高压首端引线附近或处理位置不正确；

3）试验后油样结果正常，可以初步排除变压器内部绝缘缺陷；

4）该变压器高压套管是玻璃钢干式变压器套管，如图4 所示，其制造工艺相对严格，容易产生问题。

图4 玻璃钢干式变压器套管

综合以上几点，疑似点在高压套管，结合现场实际情况，再次对变压器放油检查，同时，将变压器A、C两相高压套管对换。

静置48 h 后再次进行局部放电试验，A、B 两相局部放电量小于100 pC，C 相局部放电量为600 pC。按照支撑法再次进行定位，C 相试验现象、局部放电波形与第一次A 相试验相似，充分证明故障点分析正确，该故障点位于变压器高压套管。新套管安装后再次进行试验，三相局部放电量均小于100 pC，试验合格。

4 结语

变压器高压首端绝缘缺陷是变压器局部放电故障常见现象，以往出现类似问题时，往往朝变压器内部绝缘方向考虑，忽略了出线套管的影响。以220 kV变压器试验时局部放电超标的分析与处理过程为例，给出了外部排查、内部诊断及支撑法等判断方法，提出了对调套管的验证方案，为以后处理类似情况提供了一套完整的处理方案，大大缩短了现场处理工期，为今后现场局部放电试验异常分析提供一定的参考价值。