特高压换流变压器局部放电故障现场定位诊断实例

马斌 黄炫磊

摘要：简要介绍了变压器局部放电故障处理方法，针对两台油色谱分析中乙炔气体超标的±800 kV换流变压器，采用局部放电超声定位检测的方法，准确确定了放电点位置，在随后的内检过程中发现了明显的放电痕迹，验证了超声定位的准确性。该故障定位方法有助于提高变压器维修效率，缩短维修工期。

关键词：特高压换流变压器;局部放电故障;放电定位

0 引言

近年来，我国直流输电工程项目飞速发展，其中特高压直流输电成为了超远距离输电的重要组成部分，2017年年底前我国已经有9条特高压输变电线路实现全部投产，未来国家电网公司还将继续加大特高压直流输电网建设力度。特高压换流变压器作为直流输变电线路上的重要组成部分，其自身运行的安全可靠性会对直流输变电线路的安全可靠运行造成直接影响，对于保证特高压直流输电网的稳定运行具有重要意义。

电气设备的绝缘结构在设计上总会存在一些电气性能相对较薄弱的点，在场强较高的环境下设备会发生放电现象，但不会立即造成大的绝缘损坏，从而导致整个绝缘结构被贯穿性击穿。根据《高电压试验技术 局部放电测量》（GB/T 7354—2018）的定义：导体间绝缘仅被局部桥接的电气放电被称为局部放电，这种放电可以在导体附近发生，也可以不在导体附近发生。变压器局部放电测量试验是验证变压器产品绝缘水平的重要试验，可直接反映变压器产品内部绝缘的稳定性，对于保证变压器在长期工作电压下的运行状态具有重要作用。

1 局部放电故障处理方法

当变压器出现局部放电故障时，一般采用故障定位的方式确定故障点位置，通常局部放电定位分为电气定位和电声定位两种，再根据定位的结果进行内检或吊罩工作，查找出故障点后进行修理。

1.1    电气定位

电气定位方法一般常用的有多端子传递关系测量法和放电图形比较法，其基本原理是：当放电故障发生时，放电点会在产品内部形成一个放电信号源，放电信号会从放电信号源向外传输信号，我们可以在套管的测量端子处检测到这些信号，而这些信号的波形及幅值是不同的，一般我们会对各个套管端头进行方波校正，并记录方波传递关系，将校准脉冲施加到某个套管端头上，在其他套管的测量端子处通过阻抗均可测量出其校准量值，观察其波形，此时我们记录各测量端子上的校准电荷量值，并计算各个端头之间的比值关系。总体来说，电气定位法只能确定放电源的大概位置，不能确定其具体的空间位置。

1.2    电声定位

超声波定位法原理：变压器内部出现放电点时，放电源同时会发出声波，通过声信号与电信号在介质中的不同传播速度确定信号源的具体位置。放电产生的超声波在变压器内会以球面波的形式向各个方向传播，因此只要将高灵敏度的超声传感器贴到变压器上，传感器探头接收到声信号后再通过光电转换装置，就能将声信号转变成可显示和可测量的电信号。

2 特高压换流变压器局部放电故障定位实例

±800 kV云广特高压直流输电工程自2009年12月28日投运以来，越来越多的特高压换流变压器被投入到特高压直流输电项目中，随着投运的特高压换流变压器数量日益增多，运行时间日益增长，有部分变压器产品出现了局部放电检测不合格的问题。

2.1    局部放电故障定位实例1

2019年，某特高压换流站一台型号为ZZDFPZ-493100/

500-600极Ⅱ高端Y/D-C相换流变乙炔信号报警，随后对该产品的变压器油气体含量进行了监测，发现之后的一个多月内乙炔含量出现了快速增長的趋势，具体数据如表1所示。

为了保证电网的正常运行，本次故障定位在变压器带电运行条件下进行局部放电定位测量，经过检测发现，该换流变存在局部放电的异常情况，本次局部放电测量放电图形如图1所示。在变压器本体夹件接地排线处安放一个耦合传感器，如图2所示，该传感器由于接收放电信号并将电信号输出，由电信号触发超声信号。本次测量选择在本台换流变压力释放阀下方布置4个超声探头，具体布置情况如图3所示，具体定位信号图形如图4所示。根据超声位置进行计算，最终确定放电点位于变压器内部下托板附近，根据产品内部图纸进行分析发现，该范围内存在磁压板和夹件屏蔽管的紧固螺丝，根据经验可知，如果紧固螺栓松动引发接触不良，在高场强下就会产生局部放电现象，进一步恶化后会导致乙炔等特征气体的产生，验证了本次变压器油试验结果的可靠性。

2.1.1    内检方案

我们根据局部放电定位的位置，确定了内检方案。首先变压器进行充气排油，排油工作完成后，由工作人员进入变压器内部根据超声定位确定的位置进行检查。

2.1.2    内检结果

变压器放油后经工作人员进入其内部检查发现，该产品上部夹件屏蔽的紧固螺栓处存在松动情况，夹件屏蔽绝缘存在明显的放电痕迹，如图5所示，进一步证实了本次局部放电定位测量的准确性。对上部夹件屏蔽绝缘修复并紧固螺栓后试验合格，变压器恢复运行。

2.2    局部放电故障定位实例2

为了保证产品安全，本次试验采用了退出运行，在换流站内进行现场局部放电测量的方案，本次在产品本体夹件接地处安放了一个耦合传感器，该传感器用于接收局部放电的电信号并将电信号输出至测量仪器，触发声信号，但是本台产品属于我国早期设计研制的特高压直流产品，它的铁芯夹件接地比较特殊，如图6所示，可以看到这种类型的铁芯夹件如果是像实例1中的产品一样在挂网运行情况下进行带电检测，则无法安装耦合传感器，也就无法进行定位工作。

在随后的局部放电测量时发现，在试验电压下变压器无局部放电信号，因此无法进行超声定位。只能通过油色谱数据对变压器故障进行分析。变压器油中溶解的气体主要是空气。新变压器在高压试验中、正常变压器在运行时，变压器油可能会产生微量或少量氢气、烃类气体、一氧化碳和二氧化碳。若变压器内部存在故障，就会产生较大量的上述气体，把这类气体称为故障特征气体。根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（GB/T 7252—2001）的三比值法查表可知，上述情况属于低能放电兼过热的情况。根据该产品的油样数据得出以下结论：本次乙炔含量超标，是由内部存在局部放电缺陷导致，该缺陷与变压器运行时的负荷有关，应该是油中裸金属放电。根据乙炔含量可以推断出在变压器内部应该出现了比较明显的放电痕迹，可以以此发现故障点进行修复。

2.2.1    内检方案

我们根据以往修复同类型故障点的经验，结合变压器结构，确定了内检方案。首先对变压器进行充气排油，排油工作完成后，由工作人员进入变压器内部进行检查，主要针对变压器器身磁压板接地点、夹件屏蔽管与连接夹件的固定螺栓等位置进行检查。内检重点检查部位如图7所示。

2.2.2    内检结果

产品放油后，经工作人员进入变压器内部检查发现，该产品上部夹件屏蔽的紧固螺栓处存在松动情况，存在明显的放电痕迹，如图8所示。

3 结语

本文对两台油色谱分析中乙炔气体超标的±800 kV换流变压器，采用局部放电超声定位检测的方法，准确确定了放电点位置，随后对该产品进行现场排油内检，在内检过程中发现了明显的放电痕迹，变压器修复后試验检测合格，验证了超声定位的准确性，为今后运维人员遇到类似问题的处理提供了参考，具有较高的工程实践意义。

[参考文献]

[1] 胡启凡.变压器试验技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2] 邱太洪，罗容波，李国伟，等.超声局放定位在变压器故障检测中的应用[J].变压器，2017，54（2）：66-67.

[3] 刘化龙.变压器局放超声监测和定位技术现状及发展[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2014，28（7）：71-79.

[4] 王伟平，缪东飞，何炳锋.一起电力变压器套管局放事故及原因分析[J].变压器，2016，53（2）：71-74.

收稿日期：2020-05-07

作者简介：马斌（1982—），男，河北保定人，高级工程师，从事变压器试验技术研究工作。