变压器电弧放电故障原因分析及预控措施

张 浩，郭 宇

（国网陕西省电力有限公司 榆林供电公司，陕西 榆林 719000）

0 引 言

变压器是重要的电源设备，新建变电站启动过程中变压器能否顺利投运是新建输变电投运是否成功投运的重要标志。根据《电力设备预防性试验规程》（DL/T 596—1996）变压器部分的要求，新投运变压器需进行冲击合闸试验5次，以便检查变压器制造工艺是否合格、绝缘状况是否良好、保护装置是否能够正确动作等。如果变压器制造工艺不合格、绝缘不满足配置要求则常会发生各类异常放电甚至烧毁变压器等严重情况，所以变压器冲击合闸试验是检测变压器质量重要的环节。

1 案例分析

某变电站于2016年7月完成2台型号为SSZ10-M-50000/110变压器的安装，正式投运前开展了交接试验、局放试验、绕组变形试验等试验项目，试验均合格。启动过程中进行第1次冲击合闸试验，合闸试验后进行一次、二次设备检查均未发生异常；10 min后进行第2次冲击合闸试验，也未发生异常情况；进行第3次冲击合闸试验时发现在变压器上下箱盖连接处发生电弧放电情况。停运后对变压器差动保护、瓦斯保护、压力释放等保护装置进行检查未发生动作，此外对引线、外壳等外观检查也均未发生外壳变形以及存在异物等情况，再次冲击合闸时，依然存在电弧放电情况。

1.1 初步分析

根据上述电弧放电部位和保护装置动作情况初步分析判断：上下油箱连接处短路连接环可能存在松动，由于连接处出现松动，造成连接处接触不良，上下壳之间产生电位差，进而引起局部放电情况。根据分析情况对连接环进行了重新打磨处理拆装，处理完成后再次进行主变冲击试验但依然存在间歇性电弧放电情况，所以该主变电弧放电与连接处短路环无关。

1.2 诊断性试验

主变冲击合闸试验主保护和后备保护均未动作，变压器内部不存在严重异常情况，但为防止变压器出现严重的设备故障，对变压器进行了油色谱数据分析和诊断性试验，以便确定故障位置。

1.2.1 油色谱分析

油色谱数据如表1所示。

表1 油色谱数据

从上述油色谱数据中可以看出，H2、CO、CH4持续存在。变压器油中存在H2、C2H2说明存在电弧放电；变压器油中存在CH4说明变压器中存在过热故障情况，CO存在说明绝缘存在老化或者热性故障温度过高导致绝缘老化加速。为进一步确定故障原因，随机抽取7月12日油色谱数据，利用油色谱分析三比值法进行计算，计算数据如下所示。

C2H2/C2H4=0.98/1.34=0.73（按照标准0.1＜X＜1,取值为1）

CH4/H2=2.23/4.69=0.47（按照标准0.1＜X＜1,取值为0）

C2H4/C2H6=1.34/0.46=2.91（按照标准0.1＜X＜1,取值为1）

经过计算取值，其对应的三比值为101，故障类型为绕组低能量放电，表示不同电位的不良连接点间或者悬浮电位体的连续性火花放电以及固体材料之间油的击穿。

1.2.2 绕组介损

绕组介质损耗测试如表2 所示。

表2 绕组介质损耗测试

通过绕组介质损耗试验数据分析可知，绕组未发生整体损伤和老化情况。

1.2.3 绕组泄漏电流

绕组泄漏测试如表3所示。

表3 绕组泄漏测试

通过绕组泄漏电流试验数据分析可知，绕组间泄漏电流满足规程要求，高压绕组、中压绕组、低压绕组间绝缘良好，不存在受潮和绝缘受损状况。

1.2.4 绕组电容量

绕组电容量测试如表4所示。

表4 绕组电容量测试

通过电容量试验数据分析可知，绕组电容量未发生明显变化，不存在机械位置变化情况，绕组未发生变形。

通过上述油色谱分析、泄露电流、介质损耗、电容量、直流电阻等试验可以初步判断该主变绕组绝缘状况良好，绕组不存在变形情况。

1.3 解体检查

为进一步确认变压器内部是否存在异常，对变压器进行了吊罩解体检查，如图2所示。经检查发现油箱底部存在游离的黑色碳化物，低压侧铜排绝缘纸存在脱落和放电烧损黑色物质，如图3所示。

图2 变压器解体检查

图3 低压母排绝缘纸碳化和放电烧损痕迹

此外，对变压器线圈内部、绝缘支撑部分、铁芯均进行了检查，发现绝缘件支撑件良好未发生松动情况，铁芯状况良好未发现多点接地情况，所以变压器绕组和铁芯均无异常。

根据监理日志调查：该变压器在运达现场时路面崎岖不平状况较差，并且经过多个倾斜度为20°～30°的斜坡，有可能引起变压器上部和下部油箱连接螺栓松动，在验收时一般很难被发现，在上述电场不均的情况下，变压器上部油箱和下部油箱之间形成电位差，从而变压器投运后在上部油箱和下部油箱发生沿面放电情况。

变压器在运输和安装过程中有可能因操作不当引起钟罩和下油箱所有螺丝松动，验收时未能引起注意和细致检查，发生遗漏，这样也会造成变压器上、下油箱电位不一致。从变压器的机构分析，低压母排距离变压器箱壁较近，变压器上部外壳通过螺栓与下部外壳构成环流，如图4所示。

图4 变压器铁心和外壳接地示意图

电场强度计算公式为

根据式（1）可知，当间隙非常小时（即d很小），其电场强度非常高，在高电场下，必然发生对地放电情况，即在上下油箱连接松动处发生电弧放电。

综合分析，根据上述变压器解体检查对黑色碳化物质和放电痕迹进行分析，此次放电应该是由于低压母排制造工艺存在问题。第1次、第2次冲击试验时，出现合闸过放电，造成绝缘纸的碳化，进而在第3次冲击试验时由于磁场不均，必然引起电场不均，低压母排处存在电场不均情况，由于连接上下油箱的螺栓可能存在松动情况，必然造成上下油箱电位不一致，进而在变压器上下壳连接不牢处发生电弧放电情况，高能量的电弧放电必然造成油的分解和绝缘纸固体绝缘的分解，从而在油中出现H2、CH4、C2H4、C2H2C2H6、CO等气体。

将上述低压母排受损绝缘纸和放电痕迹处理后，按照流程注油并将上下油箱螺栓紧固，再次进行合闸冲击试验，变压器运行正常，未发生电弧放电情况。

2 防范措施

2.1 运输环节

陆路运输时需要提前了解道路、沿途桥梁、涵洞、沟道等的宽度、坡度、倾斜度、转角及其承重情况，必要时应采取措施。当利用机械牵引时牵引的着力点应在设备重心以下，运输倾斜角不得超过15°，根据运输道路情况，适时加装冲击记录仪。

2.2 装拆环节

变压器装拆时，应防止因车辆弹簧伸缩或者船只沉浮而引起倾斜，设专人观测车辆平台的升降或者船只的沉浮情况，卸车地点的土质必须符合要求。

2.3 施工环节

2.3.1 变压器注油要求

变压器油在注入本体前必须进行检测，油色谱分析和简化试验不合格时必须进行充分的加热、过滤，去除杂质和气体，防止运行中气体和杂质引起电场不均进而产生局部放电等情况。

2.3.2 变压器安装

变压器现场安装时必须采取平行移动，防止绕组、铁芯受力发生机械性位移情况，进而引起绕组发生变形，同时对上下油箱的连接螺栓进行仔细检查和紧固，防止发生松动，导致电位不一致而发生局部放电情况。

2.4 验收环节

2.4.1 油色谱要求

投运前后需按照要求进行油色谱分析，在变压器下部取样时需要对取样阀进行清理，排除取样阀内的死油，将死油排放完毕后，再进行取样化验，确保油样检测的精确性，防止发生误判断的情况。

2.4.2 本体验收

按照标准化验收卡要求，不仅查看设备的的外观，同时还需要检查监理的现场日志，了解安装过程是否存在异常情况，根据安装过程出现的具体情况，重点检查变压器的渗漏油密封、短路环、接地等情况，进行全面标准化验收。

3 结 论

通过对变压器投运过程中发生异常的地方进行检查，查找出变压器油箱发生电弧放电的原因，有效消除了一起严重的设备隐患，保证了设备的安全稳定运行，并提出运输、验收等环节的注意事项，为变压器的运维检修提供了参考借鉴经验。