220kv电力变压器低压侧套管局部放电检测技术及案例分析

0引言

在电力变压器日常运行过程中,其绝缘套管长期通过负载电流,而长期的过负荷运行会导致绝缘材料的绝缘性能下降,严重影响电力变压器使用寿命^[1—3]。因此,对电力变压器套管的日常观察、保养维护尤为重要,因为绝缘套管的安全稳定运行不仅对电力变压器的安全运行有着重要影响,同样也对电力系统的安全稳定运行至关重要。

1 电力变压器套管故障检测技术分析

最近几年,随着电网的智能化普及率升高,智能化检测技术逐渐兴起,并广泛应用于各种场景。电力变压器套管故障检测方法主要有振动检测、光谱检测、油色谱分析、声学检测、红外和热成像检测、无损检测、铁谱检测等^[4—5]。目前,油色谱分析因其原理简单、易操作、检测准确率高等优势,成为电力变压器最常使用的故障检测技术之一^[6]。油色谱分析通常会结合介质损耗试验等其他检测技术一起用于电力变压器故障分析,综合检测技术的运用提高了电力设备故障分析的准确率^[7]。

在电力变压器的正常运行过程中,内部气体的含量基本都在标准规定的范围内。在电力变压器运行过程中,绝缘材料受热应力、电应力、催化剂等因素的影响,可在油中产生少量的溶解气体,通常被称为“特征气体”(如CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄等),根据特征气体含量的多少,气体继电器会相应发出报警信号或动作发出电力变压器跳闸指令^[8—10]。目前油中溶解气体分析被作为变压器绝缘状态评估的关键指标^[11],因此,定期采集电力变压器器身各部位的油样,用气相色谱分析仪对特征气体含量进行检测分析,可使设备管理人员根据特征气体含量的检测结果对 电力变压器内部的潜在故障进行分析,并预测故障后续的发展情况。电力变压器油色谱分析的一般步骤如图1所示。

通常判断电力设备绝缘好坏最直接的方法是测量绝缘电阻,除此之外还可测量电力设备的介质损耗因数^[12]。介质损耗试验的原理主要是对绝缘材料施加交流电压来检测介质损耗角正切值(tan δ)和电 容值(Cx)两个指标^[13]。

指标tan δ主要是电介质中有功分量与无功分量的比值,而Cx的降低直接反映为介电损耗因数的增加,可根据这两个指标来判断绝缘状态是否良好^[14]。随着科学技术的进步,目前市场上已有专业的智能化检测仪器,可在工频电压下现场测量电力设备的介质损耗因数。

2 电力变压器低压套管故障基本情况概述

针对一起我集团下属某公司在C修期间发现的220 kv电力变压器低压侧套管局部放电缺陷,本文详细阐述了其检测及后续处理,主要采用油色谱分析试验、介质损耗试验及解体检查等专业技术手段,最终确定电力变压器低压侧套管内部电容芯移位的设备主因,避免了事故进一步扩大,造成重大的人身财产安全事故。

2024年3月17日,电力集团下属某公司开展220kv 电力变压器C级检修工作,笔者与设备部电气专业工程师负责分析各检查部位、电气试验项目及相关检查工作。3月28日,在电力变压器检修工作推进过程中,经研究发现,无法确定与电力变压器本体内部相连接的低压侧套管自身绝缘油是否与电力变压器本体油路相通,仅通过日常维护及电力变压器油质监测可能无法反映低压侧套管的真实状态,经咨询电力变压器生产厂家也未能得到有效结果。之前该公司从未开展过低压侧套管检修工作,同时低压侧套管从设计上来说属于“不击穿免维护”部件,检修规程中也无低压侧套管维护的具体要求。出于设备状态的实际情况,本着必须求准求真、不忽略任何一个细节的态度,笔者和其他项目组成员将情况汇报领导,之后确定把电力变压器低压侧套管列为额外检查项目。

3油色谱试验检测情况分析

2024年3月29日,进行油样对比试验,油色谱试验检测结果表明低压侧套管绝缘油与电力变压器本体油路不相通,并且发现低压侧套管B相乙炔、总烃气体含量超标,根据《电力重大安全隐患判定标准》《工贸企业重大事故隐患判定标准》,判断出电力变压器低压侧套管B相可能存在重大隐患,建议进一步检查处理。试验检测数据如表1、表2所示。

试验检测结果表明,低压侧套管三相含气量均大于3%;B相C₂H₂、总烃气体含量超标,H₂含量严重超标。根据检测结果分析,怀疑B相存在局部放电故障,建议开展介质损耗试验,并对低压侧套管进行解体检查。

4介质损耗试验和解体检查情况

为进一步查明低压侧套管B相C₂H₂、H₂和总烃含量超标的具体原因,运行人员将主变停运,检修人员、试验人员分别对低压侧套管进行介质损耗试验和解体检查,介质损耗试验检测结果表明低压侧套管B相的tan δ和电容Cx数据异常,数据如表3所示。

因介质损耗试验检测低压侧套管A相、C相未见异常,随后对电力变压器低压侧套管整体进行解体检查,情况如图2、图3所示。经仔细检查,发现低压侧套管B相电容芯已出现移位的现象,套管上发现一个明显的放电点,电容芯已被放电电流灼穿,灼穿直径约为1.3 cm,如图4所示,其他部件均正常。

对电力变压器低压侧套管进行介质损耗试验和解体检查后,故障原因已查明,因公司无电容芯备件,只能采取返厂维修的方式进行故障处理。经电力变压器生产厂家紧急处理后,将维修完成的套管发回公司进行回装,返修出厂前及回装后各项试验指标均正常。回装后低压侧套管油色谱分析试验检测数据如表4所示。

试验结果表明:更换低压侧套管B相电容芯后,试验各项气体含量均在正常范围内,经该公司总工程师评估论证,电力变压器可试运行,试运行期间各项参数指标均正常,可转为正常运行。

5综合诊断原因分析

在查明电力变压器低压侧套管故障原因后,将出现故障的套管返厂进行维修,维修期间经与厂家技术人员交流得知:从现场拆开的套管引线固定结构分析,套管内部引线固定方式为采用弹簧压紧固定,而没有采用目前焊接固定的方式。电力变压器安装投运初始接触良好,经过长时间的持续运行,并受日常振动等其他因素的影响,低压套管B相电容芯逐渐发生移位,导致末屏引线与铜板之间存在虚接的情况,进而造成了引线对铜板持续性局部放电现象,低压侧套管油中乙炔、总烃气体含量超标,氢气含量严重超标,电容芯损坏较为严重,已出现一个明显的放电点。电力变压器生产厂家技术人员预测,如果该电力变压器继续运行几个月,低压侧套管很有可能发生爆炸事故,将严重影响人身财产和电力系统安全。

6电力变压器改造建议

通过对本次电力变压器低压侧套管局部放电故障的处理,发现低压侧套管引线与铜板连接存在结构上的缺陷,此种缺陷极易引发低压侧套管的局部放电现象。据此提出以下建议供参考:

1)建议电力变压器生产厂家将套管内部引线固定方式由弹簧压紧固定改为焊接方式。

2)通过走访及查阅资料发现,低压侧套管绝缘油与电力变压器本体油路不相通构造不利于日常的运行维护,建议将两者连通,将低压侧套管与变压器本体油路连通后,可通过对变压器本体油质的监督分析,及时发现低压侧套管内部的潜在缺陷。此改造方法已在多家电厂电力变压器中应用并证实可行。

3)油路改造后需注意定期对电力变压器开展预防性试验,并取油样进行化验分析,以确保油质合格。

7 结束语

本文主要介绍了电力变压器低压侧套管故障检测技术,并分享了一个经典的故障案例。故障处理过程中采用了油色谱试验、介质损耗试验及解体检查等专业技术手段,及时发现并消除了电力变压器低压侧套管局部放电故障,提高了电力变压器运行的可靠性。在故障处理过程中,发现低压侧套管引线与铜板连接存在结构上的缺陷,提出了改进意见及建议。同时针对低压侧套管运行维护中的不便,建议将低压侧套管油路与电力变压器本体油路连通。

综上所述,电力变压器低压侧套管相对高压侧套管来说较易受到忽视,且低压侧套管从设计上来说属于“不击穿免维护”部件,检修规程中也无低压侧套管维护的具体要求,因而其成为检修和技术监督中的薄弱环节。建议各电力企业大、小修期间都要加大对低压套管的维护力度,做好定期预防性试验,及时发现设备潜在缺陷并及时处理。

最后,作为电气专业技术人员要有严谨的态度,对电气设备实际状态必须求准求真,不能忽略任何细节,这样才能为进一步提高供电设备的健康水平及可靠性打下坚实基础,助力我国能源电力行业高质量发展。

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2024年第19期第20篇