一起220kV变压器局部放电故障诊断与分析

国网天津市电力公司检修公司 孙文鹏 顿 超 中国建筑第八工程局有限公司华北分公司 叶风彩

本文分析的变压器为一台100000kVA电炉变压器电源变的220kV产品，该变压器在例行试验中发现乙炔超标，随后在诊断性试验中检测出局部放电超过标准，通过试验数据分析，现场分别采用常规试验法、非试验相中压支撑法两种方法，并通过两种方法的对比准确判断出局部放电源的位置，最后对局部放电源进行处理，消除主变缺陷。

1 故障诊断与分析

该变压器2016年12月24日在例行试验中发现油色谱出现乙炔组分，含量为0.8μL/L；后续跟踪监测，于2017年05月19日达到5.2μL/L，超过注意值5μL/L；至2018年08月07日逐步升高到26.6μL/L。

1.1 历史油色谱数据分析

表1 历史油色谱试验数据（单位：μL/L）

特征气体分析。通过试验数据明显看出特征气体为CO、CH4，次要特征气体为C2H6、C2H4、C2H2，表征该变压器内部存在油纸过热（图1）；三比值法。针对2018年08月07日的油色谱数据计算得出气体编码为220，可判断出故障类型为低能放电（兼过热）故障；CO、CO2判断。绝对值：CO2/CO=1533/525.3=2.92＜7，可排除固体绝缘材料老化情况。增量值：CO2/CO=(1533-403.1)/(525.3-55.7)=2.41＜3，说明该故障涉及固体绝缘材料；C2H2、H2判断。绝对值：C2H2/H2=26.6/18=1.48＜2。增量值：C2H2/H2=(26.6-0.8)/(18-3.7)=1.8＜2。因此可排除有载开关油污染的可能。

图1 特征气体增长趋势

故障趋势分析。据2016年12月24日至2018年08月07日的气体数据，通过进一步研究总烃的产气速率来进行故障趋势判定：γγ=（Ci,1-Ci,2）/Ci,1×1/Δt×100%，式中Ci,1、Ci,2分别为第1次、第2次取样油中某气体浓度，μL/L；Δt为设备在期间实际运行时间。按照公式选取近期3个不同时间段对总烃相对产气速率进行计算，由表2可发现三个时间段的总烃相对产气速率均大于注意值10%，说明变压器内部存在故障。2018年5月将该变压器改为手动强运行风机和油泵，油纸过热的现象得到一定改善，主变上层油温下降7～11℃，CO、CH4增长缓慢，但C2H2仍呈增长趋势，可见设备内部故障未消除。

表2 总烃相对产气速率

1.2 故障检查试验分析

诊断性试验。为进一步诊断和定位故障对该变压器进行了以下诊断性试验：绕组及套管绝缘电阻、介质损耗及电容量试验、铁芯及夹件绝缘电阻；油色谱试验；静放24h后进行长时间空载试验（24～72小时）；静放24h后进行油色谱试验；局放试验；静放24h后进行油色谱试验。除油色谱和局放试验结果异常外，其它试验均正常。

油色谱分析。长时空载试验后CH4、C2H4、H2、C2H6未显著增长，说明该油过热现象不是铁心故障引起的。局部放电试验后有少量C2H2产生，同时CO、CO2含量增长，这与该变压器历史油色谱变化规律相吻合，再次说明主变内部一直存在缺陷（表3）。

表3 油色谱数据

局放试验分析。分别使用常规法和支撑法进行局放试验，常规法采用低压侧加压，高压中性点直接接地，在高压套管末屏处串入检测阻抗再接地（图2），施加电压为1.3Um/结果显示C相放电量为101pC，A相、B相约为5100pC，严重超标。为确认故障点的位置，改用非被试相短路接地的中性点支撑法进行测量（图3）。同时加压过程中采用超高频局部放电测试仪和紫外测试仪对A、B相高压套管外部进行检测。

图2 局部放电试验常规法接线图

图3 局部放电试验支撑法接线图

采用中性点支撑法，当被试相套管端部电压与常规法一致时，绕组匝间电位差仅为常规法时的2/3。通过对被试相套管端部施加相同的感应电压，对比放电量的起始熄灭电压和大小，即可对脉冲放电发生的位置进行初步判断。如两种方法放电量一致表明脉冲放电信号与绕组匝间电位差无关，脉冲放电发生位置可能为绕组引线至套管端部之间或套管外部；如中性点支撑法时的放电量小于常规法时，放电产生的部位就可能位于变压器绕组中。通过对被试相套管端部施加相同的感应电压发现，两种方法中A、B相数据一致，起始电压和熄灭电压相差无几（表4）。

表4 局部放电试验数据

使用电压向量图进行分析，可得脉冲放电信号与绕组匝间电位差无关（图4）。同时超高频局部放电测试仪和紫外测试仪未检测到放电信号，可排除高压套管外部的悬浮放电和尖端放电。因此，脉冲放电发生位置应位于A、B相高压绕组端部引线出线部位至套管端部之间。

图4 局放起始电压向量图

1.3 故障原因分析

由上述试验数据分析可基本断定，该变压器内部存在着低能放电（兼过热）故障，故障点位于A、B相高压绕组端部引线出线部位至套管端部之间，故障原因为A、B相高压引线与电位悬浮的部件之间的连续火花放电。推测具体的放电情形有[1-4]：高压引线对静电环放电；高压引线对铁芯拉带拉杆放电；高压引线对套管导流管放电；高压引线对油箱磁屏蔽放电。

2 排油检查结果及修复

排油吊芯。变压器排油，拆除外部件，清理油箱外部粉尘、油污，将器身吊出；故障点检查确认。拆除夹件及上铁轭，检查高压引线发现A、B相高压引线根部绝缘纸颜色较深，用力按压引线根部，手感内部发软且有深色油渗出，绝缘表面可见绝缘碳化微粒。剥开A相高压引线根部绝缘，发现静电环引出线与高压引线焊接部位脱落，此位置所包的绝缘纸已烧成碳灰。检查B相高压引线情况相同，检查C相高压引线，静电环引出线与高压引线连接良好；通过对静电环进行检查，发现其引出线与高压引线间采用锡焊，且焊接长度较短，为7mm，不满足15～20mm的工艺要求[5]；对其它可能放电部位进行检查，未发现异常。

通过上述检查，确定最终的故障原因为静电环引出线与高压引线间的焊接长度过短、焊接工艺不良，同时该变压器所带负荷为冲击性负荷，致使静电环引出线脱落，造成高压引线对电位悬浮的静电环连续火花放电。将静电环引出线和高压引线待焊接部位的绝缘剥除干净，去除表面污物及金属氧化层，用无水乙醇擦拭干净。用浸水的石棉绳包扎在静电环引出线和高压引线根部，采用磷铜焊将静电环引出线与高压引线牢固焊接，焊接长度控制在15～20mm。去除焊接部位的尖角与毛刺，对引出线焊接区凹处填充绝缘腻子，采用20mm宽的DL-12电缆纸带半叠绕包绝缘，绝缘层厚度控制在6mm。

3 结语

对于冲击性负荷而言，绕组端部电场强度的分布对绕组变形等影响极大，需在端部加入静电环以降低电场强度、提高绝缘裕度。为减少漏磁在金属屏蔽层中产生的涡流损耗，静电环导体的厚度要尽量薄，一般厚度小于0.1mm。导体不能形成一个封闭匝，首尾两端严禁连接。在大型变压器中为降低漏磁通引起的损耗，采用在绝缘圈上包敷铝皱纹纸带或喷涂石墨涂层的静电环。对用于特殊负荷的变压器，其冷却方式应根据实际需要适当作出调整，否则易造成局部过热，本案例中特殊的负荷性质虽不是导致静电环引出线脱落的直接原因，但在一定程度上促进了缺陷的发生。