某高压厂用变压器绕组绝缘低的分析及诊断

于凯 薛松 袁飞帆 王鹏

摘要：某1030MW火电机组高厂变例行预防性试验时，工频耐压试验结果不合格。文章对变压器绕组及引线的主绝缘进行了阐述，分析了绝缘薄弱点，并结合预防性试验的结果推断故障可能发生在绕组引线与铁轭或夹件之间，对变压器进行解体后发现，低压侧1分支B相尾端引线已触碰到铁芯夹件，油隙较小，耐压试验时超过变压器油的击穿电压。

关键词：变压器；工频耐压试验；绝缘间隙；引线；塑形处理 文献标识码：A

中图分类号：TM405 文章编号：1009-2374（2016）10-0140-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.10.069

预防性试验是电力设备技术监督工作中的重要一环，可以及时发现设备隐患，预防事故发生和设备损坏。作为发电厂重要设备的高压厂用变压器，厂用电压等级（10kV/6kV）的预防性试验项目主要有直流电阻、绝缘电阻、吸收比或极化指数、直流泄露电流、绕组连同套管的介质损耗、交流耐压试验、铁心对地绝缘电阻等。进行上述试验时，先进行绝缘电阻、直流泄露电流、绕组连同套管的介质损耗等非破坏性试验，试验合格后进行交流耐压试验。交流耐压试验是最直接的考核主绝缘带电部位对接地部位之间、不同绕组之间绝缘强度最有效的方法，通过它可以发现绝缘结构在制造过程存在的严重缺陷。DL/T 596规定10kV及以下变压器1～5年进行例行交流耐压试验。现场中一般以交流耐压试验的结果作为设备是否能够投运的依据。

1 经过

某1030MW火电机组#1高厂变为SFF10-CY-78000/27型分裂绕组变压器，无载调压方式，额定电压为27/10.5kV。2015年消缺性修理后进行了预防性试验，试验记录如表1所示：

如表1所示，该高厂变高压侧、低压侧2分支各项试验合格。低压侧1分支的非破坏性试验均合格，但在进行外施交流耐压试验时，试验电压升至12kV（目标电压18kV）时耐压设备跳闸，耐压后2500V绝缘电阻表测试绝缘电阻仍为16000/10000MΩ（R60s/R15s）。检查接线及耐压设备无误后进行第二次耐压试验，在电压升至4kV时设备跳闸，2500V绝缘电阻表测试绝缘降为15MΩ，10kV绝缘电阻表和5kV绝缘电阻表测试绝缘电阻下降为零，再次用2500V绝缘电阻表测试绝缘下降为0.86MΩ，判断这时绝缘已击穿。

2 原因分析及处理

变压器故障原因较为复杂，比如设计不合理，材料质量不良，工艺不佳，运输、装卸和包装不当，现场安装质量缺陷，运行过负荷或操作不当，维护管理不善或不充分，雷击或动物危害等。在参考文献[2]对240台经内部检查证实的变压器故障原因统计结果中，绕组及引线出现的故障有引线接头烧熔发生电弧、引线对油箱或夹件放电、火花放电、绕组垫块与围屏发生树枝状放电等，其中引线对接地构件放电的原因有引线弯曲部分距离接地件太近、引线绝缘进水受潮、操作过电压等。该变压器正常运行时色谱分析结果无异常，预防性试验时非破坏性试验合格，耐压试验升至12kV电压下击穿，可以基本判定变压器击穿前无故障，由于绕组或引线的绝缘强度不足，在高于工作电压的试验电压下对地击穿。

绕组的主绝缘分为绕组相间或高低压间绝缘、绕组对铁芯柱绝缘、绕组端部对铁轭间绝缘、绕组对油箱间绝缘，绕组对地击穿可能发生在绕组与铁芯柱之间、绕组端部与铁轭之间或者绕组与油箱之间。其中，绕组与铁芯柱之间的电场是同轴圆柱电场，属于稍不均匀电场，绝缘采用油隔板结构，击穿电压较高；绕组端部与铁轭间的电场是尖对尖、尖对板电场，属于极不均匀电场，击穿电压较低，为了改善电场分布，一般加装静电板；绕组对油箱间的电场属于稍不均匀电场，以变压器油为主要绝缘介质。引线主绝缘分为相间引线绝缘、引线对地绝缘。为减小变压器体积和重量，电压等级较低的高压引线外通常包裹一定厚度的绝缘层以降低油隙中电场强度，电压等级较高的引线还要加设绝缘隔板或屏蔽层。引线主绝缘中，不同相引线之间的电场是板对板稍不均匀电场，击穿电压较高，但引线对铁轭、油箱等接地件是尖对尖的极不均匀电场，击穿电压较低。引线对地绝缘击穿的部位可能发生在引线与夹件之间。该型号变压器的低压侧为分裂绕组上下布置，1分支在变压器下侧，绕组引线经过外联母排从变压器上侧引出，外引部分较长，击穿部位最有可能在绕组引线与铁轭或夹件之间。

变压器放油后，技术人员进入变压器内部检查，通过测量绝缘电阻发现低压侧1分支B相引线处有放电声音。变压器铁芯被吊出后，发现低压侧1分支B相尾端引线（图1中左侧引线）外绝缘（瓦楞纸）已触碰到铁芯夹件，没有足够的油隙，对引线的绝缘造成了很大的影响。变压器引线对夹件的绝缘包括绝缘纸和变压器油，属于油-油纸结构。对于10kV等级的引出线，一般在绕组端头附近包裹以适当厚度的绝缘纸，并使引线离绕组稍远些。绝缘纸由未漂硫酸盐纤维素制成，单层厚度在0.3～0.4mm之间，经干燥并浸渍变压器油后，皱纹绝缘纸可达到2.5kV/层（国产），变压器油经过充分过滤后的击穿电压可以达到60kV/2.5mm。在工频电压的作用下，不同绝缘材料中的电场强度与相对介电常数成反比。变压器油和浸油绝缘纸的相对介电常数分别为2.2、3.5，油的绝缘强度弱于油纸，因此变压器油是油-油纸绝缘结构中的薄弱点，B相尾端引线油隙的减小使其绝缘强度下降。同时，变压器运行时，绕组中负荷电流的热效应会使绝缘纸温度升高，变压器油可以进行散热。但是油隙减小导致散热效果下降后，热的作用使绝缘纸的纤维素降低，绝缘强度下降。另外，引线与夹件上金属构件间的电场属于极不均匀电场，电场状况较差。在上述因素的共同作用下，B相尾端引线绝缘在耐压试验时

击穿。

进一步检查发现：低压侧1分支A相尾端引线距离夹件有一定的间隙，B、C相尾端引线较A相长，C相尾端引线经过侧向偏移等塑形处理距离夹件也有一定的间隙，但B相没有经过合适的塑形处理。由于外联母排的位置已固定，所以其引线外绝缘触碰到铁芯夹件。随后，厂家将原有绝缘纸撕下，将引线向侧向适当延展，和夹件间留出一定的绝缘间隙，并更换了新的绝缘纸。处理后，2500V绝缘电阻表测试绝缘电阻为6000/4000MΩ，耐压试验也通过。

3 结语

变压器是强电场的电力设备，内部结构复杂，绕组端部对铁轭、引线对夹件的电场属于极不均匀电场，对绝缘水平要求高，制造过程中应严格按照工艺标准进行。变压器油兼具绝缘和散热的作用，因此不同电位部位之间应留有一定的绝缘间隙。运行维护人员应根据规程和设备运行状况进行预防性试验，及时发现设备缺陷。本文对变压器绕组及引线的主绝缘进行了阐述，分析了绝缘薄弱点，并结合预防性试验的结果判断绝缘故障的可能发生部位，对变压器维护和检修工作提供了一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 钟洪壁，等.电力变压器检修与试验手册[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2] 操敦奎，等.变压器运行维护与故障分析处理[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3] 谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

作者简介：于凯（1982-），男，河南平顶山人，中电投河南电力有限公司技术信息中心工程师，硕士，研究方向：发电厂电力设备绝缘监督、故障诊断等。

（责任编辑：周 琼）