一起特高压变压器局部放电试验异常的分析和处理

侯全兵，王 磊，胡鹏飞，赵 拓，侯永涛

（1.山东电工电气集团有限公司，山东 济南 250101；2.山东电力设备有限公司，山东 济南 250024）

0 引言

电网的迅速发展和输电电压的不断提高，对大型电力变压器绝缘的可靠性提出了更高的要求。局部放电试验对电力变压器的绝缘性能没有破坏性，并且能够灵敏、有效地发现变压器绝缘内部的固有缺陷，因此局部放电试验得到广泛应用［1-3］。变压器出厂试验发生局部放电超标现象的原因有很多［4-7］，绝缘件的质量不合格是重要原因之一［8-9］。

本文以一起特高压变压器预局部放电试验异常为例，对异常现象进行详细分析，确定异常原因为上压板内部存在气隙，总结此类事故的处理和防范措施。

1 故障概况

在某1000 kV 特高压变压器的出厂预局部放电试验中，首先使用1.7 倍作用5 s，然后将电压降至1.5 倍作用3 min，变压器出现明显异常放电现象，其中中压和铁芯、夹件的放电量较大。在持续加电1.5倍的40 min期间，放电量时大时小，最大放电量为2000 pC，并且能够听到变压器内部的放电声。继续施加电压，进行局部放电超声波定位，初步确定放电部位为上部中压柱间“手拉手”的右侧，中压放电量最大约为10 000 pC，对变压器进行油色谱试验，测得乙炔含量为0.56 μL/L。

鉴于中压端放电量较大，油中已出现乙炔，并且能够检测到明确的局部放电超声波信号，决定进行吊罩检查。在检查过程中，打开疑似放电的中压“手拉手”绝缘管，未发现放电迹象。对变压器重新进行真空注油操作，再按照预局部放电方式进行试验。在反复加电试验中，中压放电量依旧较大。在试验电压由1.5 倍提高至1.7 倍的过程中，放电量剧增，且夹件接地引下线与油箱外壳发生放电，内部发生击穿现象。

2 放电部位检查

将变压器器身吊出，发现柱Ⅱ上部中压出线绝缘角环经顶部绝缘大压板、副压板与一夹件磁分路间有放电痕迹。对器身进行脱油处理，并对Ⅱ柱进行拆卸检查，发现多处放电部位，如图1 所示。击穿放电的主要路径是从中压出线经绝缘大压板和副压板开始，直到接地夹件磁分路以及相对独立的高压绕组。

图1 放电部位图

由图1 可见，放电部位包括4 个部分。第1 个部位为绝缘大压板，在Ⅱ柱中压出线右上方的绝缘大压板内层树枝状放电；绝缘大压板层间放电；绝缘大压板紧固副压板的螺孔放电。第2 个部位为绝缘副压板及其紧固螺栓（螺栓内层有树枝状放电痕迹）对夹件磁分路放电。第3 个部位为Ⅱ柱中压出线绝缘角环（包括涉及的邻近绕组外围屏）及其出线均压铜管放电。第4个部位为Ⅱ柱高压绕组段间放电。

3 故障原因分析

3.1 试验现象与故障检查情况对比分析

对故障部位进行解体检查，发现变压器的器身存在2 个放电区域，一是Ⅱ柱高压绕组上压板螺杆对条形磁屏蔽放电，二是Ⅱ柱高压绕组13、14 饼间放电。对故障区域进行检查，结合试验现象分析故障原因，如表1所示。

表1 试验现象与故障检查情况对比分析

3.2 放电区域解体检查及分析

对故障区域及试验现象进行分析，认为压板内部可能存在缺陷，因此对压板进行解体检查，同时对绕组饼间放电原因再次进行确认。对Ⅱ柱上压板进行检查时，发现压板外表面存在放电痕迹，但未形成连贯的放电路径。对上压板分层检查后，发现上压板内部（从上表面向下约5 mm处）放电路径明显，对压板螺杆放电，同时压板层间发生了不同程度的放电现象，压板烧蚀严重，最大烧蚀深度约为2 mm，如图2所示。

图2 相同位置压板外部、内部放电痕迹对比

绕组饼间短路会造成绕组电流增大，短路位置会出现严重的放电烧蚀现象，但在13 饼露铜位置未发现大范围放电烧损痕迹，同时该处围屏纸板也未发现明显的放电痕迹，因此13 饼露铜位置并非放电起始点。从现场检查情况看，13 饼的外径较14 饼突出，分析认为绕组压板发生放电后，碳化物等异物掉落在13 饼上，由于该处为高电场强度区域，碳化物等异物在高电场强度下悬浮放电，导致线匝绝缘损伤，最终导致绕组13、14饼间放电。

通过对压板、高压绕组两处放电区域的解体检查分析，结合两次试验，将此次事故的放电路径还原，如图3 所示。由于Ⅱ柱高压绕组上压板内部存在缺陷，放电现象首先发生在Ⅱ柱高压绕组上压板内部。其中一条放电路径沿压板层间向下传递至最外一层角环，随后沿角环横向传递至柱间连线屏蔽管，未继续向绕组下部传递。另一条放电路径沿压板横向传递至螺杆，并通过螺杆对夹件磁屏蔽放电击穿，产生的碳化物掉落在Ⅱ柱高压绕组的13 饼上，从而引发13、14饼间放电。

图3 放电路径还原

4 事故处理及防范措施

在事故处理过程中，重新绕制Ⅱ柱高压、中压、低压绕组，对上述绕组所有绝缘件进行更换，同时对Ⅱ柱绕组上压板、端圈、垫块、角环等绝缘件进行全部更换处理。Ⅰ柱绕组解体过程中未发现其他异常点，为确保变压器器身绝缘件不受影响，对Ⅰ柱上部压板、垫块、角环等绝缘件进行全部更换处理。对铁芯、垫板、铁轭垫块、中高压出线装置等部位进行彻底清理，清理完毕后使用。

处理完毕后，重新安装变压器，按正常工艺抽真空、注油、热油循环、静放后，复核试验合格，现场特殊交接试验顺利通过。说明本次特高压变压器局部放电故障原因分析正确，处理措施有效。

与压板生产厂家联系，探讨放电事故原因。发现在压板压制过程中，胶纸黏结强度不足会造成层间出现轻微气隙导致压板放电。建议将层压绝缘件单位压力由40 kg/cm3提高到60 kg/cm3，增加胶液在纸板表面的流动性，提高层压件黏结性能，排除气隙。通过精密涂胶机在纸板的两面均匀涂胶，消除产生气隙的隐患。

5 结语

针对一起特高压变压器局部放电异常的问题，通过试验现象、故障位置、放电路径及压板解体检查情况，确定事故原因为Ⅱ柱绕组上压板内部存在气隙。在后续项目试验中，若同时出现放电持续、放电量较大、超声定位点明确（或变压器内部有异常响声）、油中产生乙炔气体等现象，建议进行变压器器身解体检查，查找放电部位，解决异常放电问题。