调相机升压变介损超标原因分析及其预防措施研究

孙国中，程怀宇，宋 明，李康伟，杨恒杰

（国家电网有限公司特高压建设分公司，北京 100000）

0 引言

变压器套管是变压器的重要组成部分，它的作用是将高压引线从箱体中引出，并起到绝缘作用[1]。变压器套管按照主绝缘结构分为电容式和非电容式两种，电容式套管一般由电容芯子、瓷套、连接套筒和其他固定附件组成，电容芯子为套管的主绝缘，瓷套作为外绝缘和保护芯子的容器[2]。电容式套管介损（tanδ）测量是判断套管绝缘状况的一项重要手段[3-4]，由于套管体积较小，电容量较小（几百pF），因此测量其介损可以比较灵敏地反映套管油质劣化或受潮及某些局部缺陷。

1 调相机升压变介损超标的概况

南昌±800 kV 换流站内新建2 台300 MVar 调相机，每台调相机采用调相机-变压器组单元接线经断路器接入换流站500 kV 交流滤波器大组母线。2 台调相机升压变压器型号为SFP-360 MVA/500 kV，由常州东芝变压器有限公司生产。升压变冷却方式为强迫油循环导向风冷（ODAF），额定容量360 MVA，调压方式为无激磁调压，电压比525±2×2.5%/20 kV，短路阻抗Ud=10.5%，接线组别为YN，d11，空载电流0.06%，空载损耗198 kW。

测量绕组连同套管的tanδ：绝缘电阻合格后方可进行，当变压器电压等级为35 kV 及以上且容量在8 000 kVA 及以上时，应测量介质损耗角正切值tanδ；被测绕组tanδ值不应大于产品出厂试验值得130%。

在完成变压器本体及附件安装工作后，对该调相机升压变进行常规试验时，发现绕组连同套管介质损耗角正切（tanδ）的现场测量值较工厂的试验值偏高。主要试验数据如表1、2所示。

表1 变压器介损和电容对比分析

表2 变压器绝缘电阻值对比分析

查常规试验相关数据，绕组连同套管的直流电阻试验，换算到同一温度，各相绕组相互间电阻的实测值较出厂值的差别不大于0.5%，满足规范“≦1%”的要求。所有分接头的电压比允许偏差不超过±0.5%，三相组别正常。各绕组对地的绝缘电阻值，换算到同一温度，满足“不低于产品出厂试验值的70%或不低于10 000 MΩ（20 ℃）”的要求，R60s大于10 000 MΩ，吸收比和极化指数与产品出厂值相比应无明显差别。

从测量数据（换算到同一温度）分析可以得出初步结论：电容的现场的测量值与产品出厂的试验值基本一致，满足“≦3%”的要求，被测绕组的tanδ值不宜大于产品出厂试验值的130%，高压对地的介损测量值与工厂试验值差异不大，但涉及低压对地之间介损的差异较大，推测超标原因可能是“发生在低压对地之间”。

2 升压变介损超标的原因分析

2.1 介质损耗因数增大原理

介质损耗因数测试所用仪器AI-6000E 原理为QS1 型平衡电桥原理。QS1 型电桥接线原理图如图1、图2所示。

图1 QS1型平衡电桥原理图

图2 QS1型电桥平衡原理图

电桥平衡时，介质损耗因数及电容量计算公式如下：

式中：CN为高压标准电容器；R4为无感固定电阻；ω为角频率，以上3个量均为定量；R3为无感可调电阻；C4为可调电容器，以上2个量为变量。

电桥平衡过程是通过调节R3和C4，从而分别改变桥臂电压的大小和相位来实现的。调节R3可以改变UVD的幅值，使之与UVD的大小相等；调节R4时，由于很小，所以C4的数值不大，对Z4的幅值影响很小，也就是对UVD的幅值影响很小，只是影响阻抗角的变化，换言之，决定CX、tanδ变化的直接量分别为R3和C4[5]。只要分析出当RX增大时C4如何变化即可得出结论。

式（1）中由于CX没有变化，R3没有变化，接线原理ZX支路中UWD不变，RX增大，回路电流IX减小，R3没有变化，UUD减小。电桥平衡时，由于UVD＝UUD，因此UVD也要减小。在CN支路中，除C4外其他量均为定量，要想使UVD减小，只能调节C4使之增大，使电桥达到平衡，由于前面分析C4的变化决定介质损耗的变化，从而介质损耗因数tanδ增大[6]。

2.2 介损超标的原因分析

针对调相机升压变安装过程及现场试验状态与工厂试验状态差异性展开了如下调查工作。

1）变压器绕组连同套管的直流电阻如表3所示。

由于绕组连同套管的直流电阻测试数据在合格范围内，三相互差未超出规程规定值2%。因此，该套管介质损耗因数超标未能通过直流电阻测试数据反应出主要原因，可排除试验接线一次回路接触不良。

2）该次使用的低压套管型式是纯瓷的，可排除受到类似油纸电容式套管本身介损变化的影响。

3）追溯现场安装露空时间控制和真空抵消工艺符合规定，未发现异常。现场各绕组对地绝缘电阻测试数据良好，且高压对地的介损测量值良好，排除变压器安装时受潮的因素。

4）追溯现场注入变压器本体的变压器油含水量＜10 mg/L，现场热油循环后油品各项数据均符合协议要求，可以排除现场油品的因素。

5）考虑到该两台变压器在工厂试验时低压套管未涂RTV，现场试验时低压套管涂有RTV，现场去除低压套管瓷套表面的RTV 涂层后再次测量绕组连同套管介损，具体测量结果如表4所示。

表4 去除瓷套表面的RTV涂层后试验数据

由试验结果可知：去除低压套管RTV 涂层前后的试验数据无太大变化，可排除RTV 涂层对变压器介损的影响。

6）经过专家论证，再进行补充试验，数据如表5所示。

表5 补充试验及数据

从上述试验数据可以看出，与铁心相关的连接介损都偏大，当排除了铁心对介损的影响后，介损测量值下降较多且与厂内试验值数据相当。

分析造成低压绕组对地介损测量值差异的原因可能与变压器的铁心相关，经拆卸、包装、吊装、运输等过程后铁心环氧绑带受到振动导致状态有微小变化，其接地条件相应有所变化，导致了低压绕组对地介损测量值的差异。介质损耗因数与电容量、一次回路等效电阻关系式：

由公式（3）可以看出，CX没有变化，ω为定量，所以推测导致介质损耗因数增大的量为RX，可能铁心环氧绑带受到振动导致状态有微小变化，其接地条件相应有所变化。相当于在被试品回路中串入一个电阻，导致有功分量增大，无功分量保持不变，介质损耗角增大[6]。

7）两台主变耐压局放试验后，再次对低压绕组对地介损进行了测量，数据如表6所示。

表6 耐压局放试验后介损试验及数据

从上述试验数据可以看出，低压绕组对地之间介损值有所下降，1 号、2 号变压器分别较出厂值偏差为+60%、+26%。一般变压器在高电压试验后不再进行介损的测量，据厂家经验，确实记录到高电压试验后有介损变化的现象，可能在高电压试验后接地条件会发生微弱的变化。

3 结语

3.1 结论

造成低压绕组对地介损测量值差异问题的原因可能与变压器的铁心相关，可能经拆卸、包装、吊装、运输等过程后铁心环氧绑带受到振动导致状态有微小变化，其接地条件相应有所变化，导致了低压绕组对地介损测量值的差异。

现场试验结果满足技术协议中介损≤0.5%的要求，厂家确认该差异完全不会影响变压器的正常运行。

该两台主变已通过了后续的耐压、局放等试验，变压器可以正常运行，后续将运维过程中介损测试与本次现场交接试验测试的介损值作为对照，继续保持关注。

3.2 建议

当后续变电站现场出现类似介损超标问题时，可以从套管本身材质、安装时是否受潮（露空时间）、注入变压器油含水量、套管RTV 涂层等方面进行分析，同时结合现场安装工艺及试验情况进行综合判断。

建议后续套管厂家加强套管铁心环氧绑带的施工工艺、设备监造的把关，在套管的拆卸、包装、吊装、运输等过程注意设备保护，避免过程损伤。