一台35kV电力变压器交流耐压试验故障原因分析.pdf

运行维护 一台 35kV 电力变压器交流耐压试验 故障原因分析 付克勤 （璧山供电局，重庆 402760） 摘要：介绍了一台35kV电力变压器交流耐压试验故障情况，分析了故障原因，并提出了预防措施。 关键词：电力变压器；交流耐压试验；故障 中图分类号：TM406文献标识码：B文章编号：10018425（2009）11006204 Fault Analysis of AC Withstand Voltage Test for 35kV Power Transformer FU Ke-qin （Bishan Power Supply Bureau, Chongqing 402760, China） Abstract：The fault of AC withstand voltage test for 35kV power transformer are intro- duced. The fault reasons are analyzed. The preventive measures are presented. Key words：Power transformer；AC withstand voltage test；Fault 1 引言 电力变压器交流耐压试验的主要目的是检测其 绕组对地及绕组之间的主绝缘强度， 是避免发生绝 缘事故的重要手段， 对决定电力变压器能否继续投 入运行具有决定性的意义，所以电力设备预防性试 验规程规定，对66kV及以下的变压器大修后必须 进行交流耐压试验。其试验电压远远高于运行电压， 因此它属于破坏性试验， 试验时必须严格按照规定 接线和操作，否则会造成设备损坏。本文中笔者对一 台35kV变压器大修后进行交流耐压试验时发生的 10kV套管表面放电和试验设备损坏故障进行分析， 判定其原因是处于地网接地扁铁同一位置接地的试 验接地线脱落后在试验回路产生了过渡过电压。 2 故障经过 2006年7月28日，对一台大修后的35kV变压 器进行交流耐压试验，其试验接线如图1所示。变压器 型号为SF9-10000/35，额定电压为（352.5%）/10.5kV。 大修后所有非破坏性试验（如绝缘电阻和介损等）数 据合格且注油后静置时间超过24h， 变压器高压侧 对低压侧及地的出厂交流耐压试验值为85kV，根据 电力设备预防性试验规程规定，现场大修后试验 电压为出厂试验电压的85%， 实际施加电压为 72kV。 试验变压器型号为YD-25/150，额定容量为 25kVA。 变压器高压侧对低压侧及地的电容量为5 569pF，当交流耐压值为72kV时，可计算出试验变 压器高压绕组输出电流为0.126A， 低压侧电流为 47.25A，试验变压器完全满足现场试验的需要。 按照图1接线，变压器低压绕组端头短接接地， 高压绕组端头短接与试验变压器高压输出绕组相 第 46 卷 第 11 期 2009 年 11 月 TRANSFORMER Vol46 November No11 2009 T1 T2 R1 R2 V G E mA V1 220 K 图1变压器交流耐压试验接线图 Fig.1AC withstand voltage test connection diagram of transformer T1调压器；T2试验变压器；R1限流水阻；R2球隙保护 水阻；G球隙；V数显电压表；K短路刀闸；mA毫安 表；Bx被试电力变压器。 Bx 付克勤： 一台 35kV电力变压器交流耐压试验故障原因分析第 11 期 连， 所有设备接地线在地网扁铁同一点E处接地， 经检查接线无误后调整保护球隙间距离， 设定其放 电电压为82kV，随后开始对变压器高压侧进行交流 耐压试验，当试验电压升至72kV，正准备读取毫安 表电流数据时， 变压器10kV侧套管表面发生火花 放电，同时听见非常大的放电响声，试验变压器控制 开关跳闸，调压器自动回零。 经检查，所有设备接地 线均在接地点E处脱落， 毫安表mA及其短路刀闸 K、高压数显电压表V烧坏，分别测试试验变压器T2 高压对低压、高压对地、低压对地的绝缘电阻全部为 零，表明试验变压器绝缘遭到破坏。 3 原因分析 根据现场检查分析， 认为此次试验故障主要原 因是所有设备接地线缠绕一起后在接地点E处捆 绑在接地网扁铁上， 由于接地线采用多股细软铜丝 线，而且只缠绕了一圈，铜线很容易散开，使得接地 不牢固。 当试验电压升至72kV时，全部接地线在接 地网扁铁处松散脱落， 随后产生的过渡过电压造成 变压器10kV套管放电及试验变压器烧坏。 3.110kV套管放电原因分析 被试变压器高压侧对低压侧及地交流耐压试验 原理接线如图2所示，图中C1为被试电力变压器高 压绕组对地电容量，C2为低压绕组对地电容量，C12 为高压绕组与低压绕组间的电容量。 用介损测试 仪测得变压器高压绕组对低压绕组及地的电容量 Cg为5 569pF， 低压绕组对高压绕组及地Cd为9 139pF，高低绕组对地Cg+d为6 329pF。 根据电力变压器介损和电容量接线原理列出以 下三个公式： Cg=C1+C12（1） Cd=C2+C12（2） Cg+d=C1+C2（3） 计算出：C12= Cd+Cg-Cg+d 2 =4 189.5pF C1=Cg-C12=1 379.5pF C2=Cd-C12=4 949.5pF 正常情况下被试变压器低压绕组短接接地，相 当于图2中刀闸K1闭合， 低压绕组各点与地等电 位；当被试变压器低压侧接地线脱落后（低压绕组还 是短接在一起，不考虑低压绕组电感影响），相当于 K1断开。 假设t=0时，K1断开，断开前瞬间（t=0-），C2 上电压U2（0-）还是与地等电位，则U2（0-）=0；K1断 开后瞬间（t=0+），由于电容C2的电压不能突变，其初 始电压U2（0+）=U2（0-）=0，一定时间后，低压绕组对 地电压将达到一个稳态电压值U2p，此时变压器低压 绕组处于悬浮状态，位于高压对地的电场之中，稳态 电压值U2p将取决于高低压绕组间电容C12和低压 对地电容C2的大小， 由图2b等值电路图和电工原 理，可列出公式：U2p= C12 C12+C2 U，则U2p=33kV。 由于初始电压与稳态电压不同， 被试变压器低 压绕组上电压从零变为稳态电压33kV时必然有一 个过渡过程， 此过渡过程中会在低压绕组各点上产 生远远超过33kV的电压值， 根据电路原理中三要 素法得过渡过电压：U2=U2p+U2p-U2（0+）e-t， 其中 为时间常数， 因此U2是随时间增加而逐渐衰减的， 可以看出在断开后瞬间即t=0时，U2有最大值且为： U2最大=U2p+U2p-U2（0+），则U2最大=233=66kV。 电力变压器10kV绕组出厂和大修试验电压值 分别仅为35kV和30kV， 因此，U2最大可能会造成变 压器低压侧绕组绝缘损伤， 经再次进行非破坏性试 验及交流耐压试验合格，表明电力变压器没有损坏， 可以继续投入运行。 试验时看见的10kV套管火花放电是由上述过 渡过程中产生的过渡过电压U2使套管表面空气间 隙击穿而产生的， 一般情况10kV套管表面放电电 压不低于74kV， 而 过 渡 过 电 压U2的 最 大 值 仅 66kV，不应该使套管击穿，但是，由于变压器低压侧 短接接地线脱落后搭接在变压器低压套管上， 减小 了低压套管表面沿面放电距离近一半， 其放电电压 也大大减小，因此，过渡过电压U2加在套管剩余表 面距离上很容易使其击穿而发生沿面放电现象。 3.2试验设备损坏原因分析 试验变压器高压输出绕组简化等值电路如图 3a所示，在工频电压作用下，匝间电容很小，容抗特 别大，不考虑匝间电容影响，另外与低压输入绕组间 的电容和互感也忽略不计。 毫安表并联的刀闸K在 升压过程中是闭合的，只有读毫安表时才断开。试验 变压器高压输出绕组末端X接地， 相当于刀闸K2 至T2 C12 C1 C12 C2 K1 U1=72kV 低压高压 U2 K1 （a）接线示意图（b）等值电路图 图2接地线脱落后低压绕组悬浮时电容分布 Fig.2Capacitance distribution during LV winding suspension and earth line drop C1 63 第 46 卷 闭合，在工频电压下绕组上各点电压是均匀分布的， 其值为U=U1（1- x L ）（其中L为绕组长度，x为绕组 各点到首端A处的距离）， 同样假设t=0时刀闸K2 断开，断开前瞬间t=0-时，U（0-）=U=U1（1- x L ），绕 组首端A处x=0，U（0-）=U1；在绕组末端X处，x=L， U（0-）=0，如图3b中斜线1。 当K2断开后瞬间t=0+ 时， 由于试验变压器高压绕组对地电容上的电压不 能突变，绕组各点初始电压U（0+）与t=0-时相同，即 U（0+）=U（0-）=U1（1- x L ）；而K2断开后达到稳态时试 验变压器高压输出绕组各点的稳态电压相同， 都为 Up=U1=72kV，如图3b中直线2。 由以上分析可知， 试验变压器高压输出绕组各 点初始电压分布与稳态电压分布不同， 因此从初始 分布到稳态分布也存在一个过渡过程， 在绕组上各 点产生过渡过电压， 它与被试电力变压器10kV绕 组各点过渡过电压不同，10kV绕组各点过渡过电压 大小相等且最大电压值出现时间一致， 而此处试验 变压器高压绕组上各点的过渡过电压大小不等且出 现最大电压值的时间也可能不同， 但电压最大值包 络线为图3b中虚斜线3，计算绕组各点最大过渡过 电压值的公式与前面相同：U最大=Up+Up-U（0+），则 U最大=U1（1+ x L ），当x=L时，U最大=2U1=144kV，即过渡 过程中试验变压器高压绕组各点都要产生一个最大 电压值，但在其末端X处产生的最大电压值比其他 任何点要高。 上述过渡过电压对试验设备危害非常大， 一是 由于试验变压器高压输出绕组越靠近末端X处，其 绝缘越薄弱，仅能承受3kV5kV左右电压，过渡过 程中产生的高电压很容易造成其高压绕组对低压及 地绝缘击穿， 经解体检查发现绕组部分绝缘材料烧 焦，末端小套管表面有放电痕迹和末端引线烧断；二 是接线脱落后绕组末端过渡过电压作用于毫安表 mA及其短路刀闸K等试验设备上， 很容易使它们 击穿烧坏；三是数显电压表V接地线脱落后，试验 变压器首端电压使其烧坏；四是如果接地线脱落时， 试验人员正断开刀闸K读取毫安表数据，会危及试 验人员人身安全。 4 预防措施 针对此次交流耐压试验出现的故障情况， 笔者 从两个方面提出了预防措施：一是改善接地方法；二 是改进毫安表接线和读数方法。 4.1改善接地方法 在试验接地方面应采取以下预防措施： 一是对 所有接地线与地网的连接采用螺栓等固定连接方 式，且必须牢固可靠；二是不同设备的接地线其接地 点不同，不能缠绕在一起接地，特别是被试设备的接 地线与所有试验设备接地线应分开接地； 三是要求 设备连接线或接地线的截面积足够大， 满足耐压时 动稳定和热稳定要求；四是试验接好线后，应由专人 进行检查，确认所有接线无误（包括是否牢固、对地 距离、安全距离是否足够）后才能进行试验。 4.2改进毫安表接线 本次试验中毫安表并联了一个刀闸K， 其作用 是防止短路电流烧毁毫安表， 只有对毫安表读数才 打开。从前面分析可知，试验过程中接地线脱落时试 验变压器末端产生的高电压作用在刀闸和毫安表上 会使其烧坏， 如果此时试验人员正打开并联刀闸K 读数会危及试验人员人身安全。 因此有必要对毫安 表接线进行改进，可将刀闸K改为LA型常闭按钮， 如图4所示。此按钮在升压过程中是闭合的，只有在 读毫安表时按下才打开，读完后自动闭合。读数时试 验人员可站在一定的安全距离外用一根绝缘棒按下 AN按钮，这档不会对试验人员造成伤害，如果看不 清楚毫安表刻度，可用望远镜读数。 图3试验变压器高压绕组等值图 Fig.3Equivalent diagram of HV winding of test transformer 至T1 A 至Bx U1 X K K2 U1 1 2 3 A 72kV 144kV L x X （a）简化等值电路图（b）电位分布图 mA AN mA X 图4毫安表并联按钮接线图 Fig.4Parallel switch connection diagram of milliumpere meter （下转第70页） 64 第 46 卷 级厚度的、以碳化物为主要成分的黑色外来层，从接 触工艺的角度看，这些外来层的导电性能较差，在瞬 时短路机械力作用下产生剧烈摆动后， 将可能使原 有的接触状态以平动旋转的方式发生， 相对接触位 置发生改变，在未进行接触工艺处理的情况下，使微 欧级的接触电阻出现数量级的增加， 将会使直流电 阻产生增大的变化。 由变压器在运行中发生的直流电阻不平衡率超 标故障点的案例统计情况可知， 当发生出口或近区 短路后，磷铜焊料焊接（A方式）和冷挤压（F方式） 的电气性能可靠性高于其他方式，以滑动接触（D方 式）、螺栓平面压接（B方式）出现故障的频率最高， 其他次之。从理论角度看，虽然总是因连接点的结构 和特性要求不同而采用相应的连接方式和工艺，但 是若当设计选型、制造工艺、运行维护存在不足，或 当发生超过设计值的出口或近区短路时， 则会发生 薄弱点的失稳现象， 导致直流电阻不平衡率超标情 况发生。尤其是在当前电网的系统容量日渐扩充，系 统短路容量日渐增大的情况下，这一问题日渐突出。 因而，当变压器发生出口或近区短路后，直流电阻测 试作为规程规定的检查试验规定项目之一， 足见该 项目对变压器安全运行的重要性。 4 故障查找的基本方法 在查找直流电阻不平衡率超标原因时， 宜采用 以下方法： （1）根据被试绕组的接线方式，测定直流电阻不 平衡率的误差大小，判定测试值的准确性，以确认进 行故障诊断的目标值。 （2）及时对运行工况进行收集分析，尤其是当发 生出口或近区短路时， 充分了解故障现象和运行参 数，针对故障过程中的故障点、故障电流大小及持续 时间，进行关于热稳定状态的分析并作出初步诊断。 （3）对绝缘油进行简化、微水、气相色谱分析，并 针对材料与各气体组分生成的关系、产生的条件，以 及各项指标的测试结果所反映的变压器内部特征进 行判断。 （4）结合变压器器身的结构和工艺特点，综合分 析前述几方面的现状及要素，按照技术条件要求，可 对直流电阻不平衡率超标的故障点及故障原因进行 诊断，并可对故障损坏程度进行判断。 （5）确定故障点及原因，拟定处理故障的技术方 案，做好相应的物资准备，进行故障处理。 5 结束语 综上所述， 构成直流电阻不平衡率超标的原因 是多方面的，了解、掌握变压器电性连接点的结构、 材料特性和工艺方法， 采用正确的运行方式和提高 检修维护工艺，对防止故障的发生有积极意义。在发 生故障后， 根据变压器的结构和连接点的特点，全 面、准确地收集故障过程的现象和参数，并结合电气 试验和化学分析结果， 采用有效的方法进行综合分 析，对于判断故障点和故障损坏程度，以及进一步采 取处置措施都是十分必要的。 收稿日期：2009-02-02 作者简介：殷德鉴（1956-），男，湖北大治人，内江电业局工程师，长期从事变压器检修及技术管理工作。 ! 5 总结 （1）变压器交流耐压试验主要用于考核其主绝 缘状况，试验时应将被试绕组短接加压，非被试绕组 短接接地，以防绕组局部电位升高，损伤绝缘。 本次 试验虽然变压器低压侧绕组电压突然升高到66kV， 但没有造成损坏事故。 （2）对变压器交流耐压试验所施加的电压较高， 现场试验接线时要求设备间连接线、 设备外壳接地 线、非被试绕组接地线必须保证连接良好可靠，且所 有试验接地线应不在同一处接地。本次试验中，由于 电力变压器非试验绕组接地线接地不良， 产生的过 渡过电压达到试验电压的2倍，烧坏了试验设备。 （3）交流耐压试验过程中读毫安表时，断开其并 联刀闸可能危及人身安全， 可采用LA型常闭按钮 代替并联刀闸，站在安全距离外用绝缘棒操作按钮。 参考文献： 1DL/T596-1996，电力设备预防性试验规程S. 2周长源.电路原理M.北京：高等教育出版社，1983. 收稿日期：2008-10-20 作者简介：付克勤（1969-），男，四川简阳人，璧山供电局高级工程师，长期从事变电设备检修、绝缘监督管理和生产工作。 （上接第64页） 70