7 5 0 k V变压器绝缘击穿原因分析及处理

特变电工沈阳变压器集团有限公司 苑东升 符雪鹏 曹 阳

7 5 0 k V变压器绝缘击穿原因分析及处理

特变电工沈阳变压器集团有限公司 苑东升 符雪鹏 曹 阳

文章分析了750kV变压器在出厂试验时绝缘击穿的现象，找到了故障的原因，计算了绝缘裕度，并给出了改进处理意见。

变压器；绝缘击穿；有限元；原因分析

1.引言

近年来，随着生产发展的需要，750kV电网已成为国际电力输送的发展趋势。变压器作为电力系统中关键设备之一，其性能直接影响电网的可靠运行。局部放电试验可以有效考核变压器绝缘结构存在的隐患。如设计不合理导致局部场强过高，工艺缺陷使绝缘中含有气泡、水分等都会导致在外施电压下发生局部放电。本文就一台500MVA/750kV变压器样机试制过程中厂内例行试验产生局部放电，导致绝缘击穿进行了原因分析。

2.故障描述

500MVA/765kV变压器样机绝缘故障前完成了低电压试验、空载试验、负载试验、绝缘试验前预局放、高压冲击试验正常。但在中压400kV（LI 1300KV）雷电冲击试验过程中，如图1所示，100%电压全波，电压波形出现明显截断，为主绝缘对地放电现象。之后随即抽取油样，乙炔含量为1.73%，为油中放电、绝缘出现灼烧痕迹。

3.故障查找

通过对变压器主柱器身吊芯、脱油、解体，线圈组装拆装检查，发现明显放电痕迹，放电路径为中压线圈下部（400kV线端侧）与其对应的主柱铁心、下轭夹角之间，具体体现在以下几处：（按照放电路径从里到外的顺序进行描述）

（1）放电起始点：中压线圈下部首段（400kV线端侧）、靠近静电板侧，发现放电点，导线绝缘破损、铜线裸露。

（2）放电路径：中压线圈下端两个静电板之间以及内侧静电板下部，静电板外绝缘有严重烧蚀痕迹，出现绝缘击穿放电现象。中压线圈下端部与主柱铁心、下轭铁心夹角之间的3层角环均有严重烧蚀痕迹，中压线圈下部与主柱、下轭之间下铁轭绝缘纸板有烧蚀痕迹。器身解体、拆装检查过程中，在高、中压线圈组装下部，绝缘垫块、角环上发现了金属异物。见图1。

图1 中压全波雷电冲击电压波形及线圈下部角环损坏情况

4.故障分析

（1）设计结构分析：对中压线圈下端部故障的起始点、放电路径及结束点进行定位，利用有限元法，使用Ansoft电磁场仿真计算软件，对冲击主绝缘（LI 1300kV）进行了电场计算、模型仿真。中压线圈下部静电板、三层角环、二层纸板在中压冲击电场的作用下的绝缘安全系数最小值为1.90，放电部位安全系数满足设计要求。

（2）放电路径分析：综上所述，此结构没有设计缺陷，造成本次试验绝缘击穿的直接原因是由于中压线圈下部发现的金属异物，导致静电板、角环处局部电场畸变，局部场强高于击穿场强，引发局部放电，直至绝缘击穿。如图2所示，红色线为中压冲击时的放电路径，圆圈为放电起始位置；蓝色线为油流（带铁屑）路径；圆圈为器身油路环形导向区。

放电路径为中压线圈下端部首段导线下表面经三层角环、两层纸板，到主铁心柱底部；放电起始点为第3层角环、第2层角环，因其烧蚀最为严重。

（3）铁屑产生的原因分析：此产品冷却方式为ODAF强油导向结构，直接原因为油箱导油盒、散热器管路内的铁渣没有清理干净，导致铁屑被油泵打入高、中压线圈下部导油通道中。如图2所示，蓝色线为流油路线，油流从高、低压侧下部导油口进入，2路油流携带铁屑经下部环形导油通道，油流在中部形成对流，铁屑沿导油路径向上飞溅，导致中压线圈下部角环内、角环内垫块表面附着微小金属颗粒，产生放电薄弱点。

第二、三层角环烧蚀较为严重，此处油路为死油区，易于留存油流中的金属铁屑，为放电起始点；除表面污染外，角环搭接处有缝隙、开口，也产生放电薄弱点，导致局部电场畸变产生局部放电、沿面爬电，直至绝缘击穿。

图2 绝缘击穿放电与器身油流(带铁屑)导向示意图

综上分析，铁屑、角环搭接质量产生放电薄弱点，由这些放电薄弱点连接放电薄弱路径，最终导致此次中压冲击放电。

5.处理措施

故障原因分析清楚后，将本台变压器内部损坏及污染的绝缘件，包括中压绕组内纸筒、中压绕组下部三层角环进行更换，加强导线、角环、绝缘件进厂质量检查，清理整个器身后进行器身复装；对该工序员工进行工艺培训，严控角环搭接严实、搭接处不可开口，此处定位自检、互检、专检控制点；对旁柱线圈、油箱、泵、散热器和导油管路进行彻底的清理，务必保证清洁、无金属、无污染，以防止线圈复装后出现再度污染。上述措施，确保此类故障不再发生。制定处理方案后，按照正常工艺流程进行入炉干燥、抽空、注油、静放后进行试验，试验结果良好，后续十台此型号产品全部试验一次合格，此变压器故障消除。

6.小结

变压器的质量关系到自身的运行寿命、电力系统的安全及可靠运行。因此，作为变压器制造单位，应首当其冲、以身作则，重视生产制造中的各个工艺、质量环节，注意每个细节，加强材料进厂质量检验，加强生产全过程质量控制，关键工序设定自检、互检、专检，彻底消除人为因素导致变压器出现故障的可能性，确保变压器的安全运行。

[1]张章奎.国内外特高压电网技术发展综述[J].华北电力技术,2006(01).

[2]胡伟涛.500kV变压器绝缘击穿原因分析及防范措施[J].变压器,2012(07).

[3]耿荣林,李洪友.500kV单相自耦电力变压器主绝缘电场分析[J].变压器,2014(02).

苑东升（1982－），男，辽宁沈阳人，印度设计部部长，工程师，现供职于特变电工沈阳变压器集团有限公司，研究方向：变压器研发与设计。