220 kV变压器内部放电缺陷的检测与处理

秦 松 ，李 彬 ，张大伟 ，程祥珍 ，武鲁晓

（1.国网山东省电力公司泰安供电公司，山东 泰安 271000；2.国网山东省电力公司宁阳县供电公司，山东 泰安 271400）

0 引言

变压器作为电力系统中重要的变电设备之一，其安全稳定运行对电网可靠性至关重要。然而变压器内部局部放电缺陷潜伏周期较长、放电信号弱且内部电磁信号传递模式复杂，目前开展的停电例行试验虽可以很好地发现变压器集中性或贯穿性绝缘缺陷，但对于内部局部分布式绝缘缺陷则难以有效检测、定位和评估。因此，变压器的带电检测技术与应用实践一直是近几年来实验室研究和现场应用关注的焦点。

通过变压器带电检测技术，可以尽早发现变压器在运行电压下的故障信息。变压器油色谱分析诊断技术[1]是目前电力设备油气监督最行之有效的带电检测方法之一，它能准确分析油中溶解气体的种类、含量及产气速率，从而判断变压器内部是否存在潜伏性故障，并结合超声波、高频局部放电等其他带电检测手段，来进一步判断故障的性质、部位和发展趋势，为其状态评价和检修提供依据。

1 故障概况

某220 kV变电站1号变压器型号为SFPSZ9-150000／220，2000年11月投运，2012年12月返厂完成抗短路能力改造后重新投运，投运前经耐压、局部放电试验后本体油色谱数据合格，其中C2H2体积分数为0。2015年7月，对该变压器进行油色谱检测时发现油中溶解气体中出现C2H2，体积分数为2.1 μL／L，随后对该变压器开展跟踪检测，2016年 3月每月2次取本体油样进行色谱分析，油样结果显示C2H2和总烃体积分数增长趋势明显且均超标，部分气体增长趋势如图1所示。对该变压器进行高频脉冲及超声波局放检测，在高压侧C相中下部、扶梯中下部、有载开关下方检测到异常信号。

图1 部分气体增长趋势

2 缺陷分析

2.1 油色谱分析

1号变压器本体油色谱跟踪检测数据表如表1所示。从跟踪检测数据看，油中各类气体体积分数在 不断增长后呈现稳定，特征气体[2]为 C2H2、CH4、C2H4，稳定后 C2H2和总烃体积分数分别为 27.8 μL／L、289 μL／L。据 GB／T 7252—2001 《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，C2H2和总烃体积分数分别超出注意值4.6倍、0.99倍；计算得绝对产气速率分别为6.58 mL／d、62.94 mL／d，远远大于 0.2 mL／d、12 mL／d的注意值。

表1 变压器油色谱分析数据 μL／L

根据特征气体判断方法，采用改良三比值法对表1数据进行编码计算如下：

将计算结果与表2数据比对，确定三比值编码为122，对应的故障类型为变压器内部有低能量放电兼过热。由于油样中CO、CO2含量没有明显增长，表明变压器故障没有涉及固体绝缘材料，具体放电点和发热点需进一步检查。

表2 三比值法编码规则

2.2 局部放电检测

2015年11月20日，采用高频脉冲电流检测、超声检测模式对该变压器进行局放在线检测[3]，高频脉冲电流模式采用高频脉冲电流互感器，从变压器铁芯和夹件接地线、外壳接地线和中性点接地线接收放电信号。超声波检测模式将超声波传感器吸附在主变压器的油箱外壳上，接收局部放电产生的超声波信号，主变压器各面标记a面、b面、c面和d面，其中变压器a面和c面每面取上中下3行，每行2个检测点，b面和d面取上中下3行，每行6个检测点，共计48个检测点呈矩阵式排列，如图2所示。

高频脉冲信号幅值平稳，波形平滑，在检测时间段内，未检测到与局部放电特征相符的异常脉冲信号。超声波检测时间段内在a检测面3号、6号检测点（有载分接开关下部）与d检测面15号检测点（高压侧C相套管下部）位置检测到明显超声波信号，异常检测数据如表3所示。

2015年12月25日，采用PowerPD多通道局部放电分析仪对该变压器再次进行局部放电检测。经过多次周期性检测，在高压侧C相中下部、扶梯中下部、有载开关下方也检测到超声信号，但是未检测到高频脉冲电流信号，信号波形及传感器位置如图3～5所示。

图2 主变压器4面矩阵式排列检测点

表3 超声在线检测异常数据

从两次的检测情况看，超声幅值均在15 dB左右，检测到的超声波信号波形近乎相同，都呈现出典型的100 Hz放电频率特性，正负半周的放电幅值相当，符合悬浮放电的特征。两次检测到的位置也近乎相同。

图3 有载开关下方超声波信号及传感器位置

图4 高压侧C相中下部超声波信号及传感器位置

图5 扶梯中下部超声波信号及传感器位置

2.3 检测结论分析

从油色谱分析和两次局部放电检测情况来看，初步判断主变压器内部存在放电及过热，且放电位置靠近高压侧C相中下部，重点倾向于引线对地未固定的部件之间或悬浮电位之间，而过热点可能为分接开关或引线接触不良、铁芯多点接地、涡流或漏磁导致。

3 解体检修

3.1 吊罩检查

2016年6月5日，变压器停电返厂，大修前进行高压电气试验，发现高、中、低压绕组直流电阻、绝缘和介损均正常，铁芯、夹件绝缘正常，常规电气试验未发现异常，将有载分接开关吊出检查无异常，套管引线无异常。然而在本体吊罩后发现高压侧下夹件A、B相之间和B、C相之间玻璃纤维拉带颜色异常，拉带固定处有明显玻璃纤维熔化痕迹，如图6、图7所示，其中B、C相之间拉带最为严重。仔细检查，发现下夹件所有金属螺栓连接固定处均未除漆，如图8所示。初步分析，由于固定拉带的螺栓与夹件形成了闭合回路，主变压器运行时漏磁通穿过这些闭合回路感应出很大的涡流[4]，导致螺栓发热，并传导至拉带。

图6 A、B相之间拉带

图7 B、C相之间拉带

图8 下夹件螺栓连接未除漆

对下夹件所有螺栓逐一拆除进行检查时，发现高压侧B、C相之间横梁紧固用螺栓的平垫圈上有放电灼伤痕迹[5]，验证了局部放电检测时高压侧C相中下部存在异常放电信号的结论。同时对高压侧上夹件进行检查，发现上夹件上的螺栓固定处均有除漆，表明该变压器厂家在安装上、下夹件时未严格按照施工工艺标准统一执行，存在严重缺陷，导致下夹件上的所有螺栓与下夹件不完全接触，悬浮于不均匀电场中。

3.2 处理措施

找到故障根源后，将下夹件螺栓连接处的油漆刮掉，并进行打磨，更换新的垫圈。为防止漏磁环流产生，进一步更改拉带固定方式，每根拉带由原来的两只螺栓固定改为一只螺栓，完全固定后通过引线与下夹件连接，如图9所示。

图9 更改后的拉带固定方式

3.3 处理后色谱分析

变压器检修后局放试验合格，2016年6月20日重新投运。经过1个月的油色谱跟踪检测气体指标均正常，检测数据如表4所示，表明该主变压器乙炔及总烃含量超标故障分析处理准确，缺陷得到有效解决。

表4 变压器吊罩处理后油色谱跟踪数据 μL／L

4 结语

结合油色谱在线监测技术和高频局部放电、超声波局部放电等带电检测技术实现变压器内部缺陷的综合诊断。综合采用改良三比值分析法、高频局放信号情况分析和超声波局放定位技术实现了变压器内部缺陷的定性和定位分析，并采取返厂解体验证了检测结论，有效地避免了一起重大设备和电网事故。所提出的方法正逐步成为变压器内部缺陷检测、分析和评估的主要手段，是未来变压器状态检修的主要发展方向。

在变压器组件的装配过程中，应严格执行生产施工工艺，严控工作细节，对重要组件装配过程中的各个环节均要严格把关，加强质量监督，确保生产质量，防止不合格产品投入运行。在变压器运行过程中，积极开展带电检测工作，一旦发现异常应加强跟踪检测，并结合油色谱分析、局放检测、铁心接地电流检测等手段进行分析诊断，尽早发现并消除设备缺陷，防止缺陷演变为故障。