一起变压器操作冲击试验击穿故障的分析

一起变压器操作冲击试验击穿故障的分析

杨韬

（广东电网有限责任公司惠州供电局广东惠州516001）

摘要：本文在通过一次变压器在出厂试验中，通过变压器操作冲击试验故障放电，分析在该试验中的一般分析思路及其后续的处理方法，为变压器的安全运行提供参考依据。

关键词：变压器操作冲击试验击穿放电试验研究

1引言

电力系统中运行的变压器除长时间受到工频电压短时大气过电压作用外，还经常受到操作过电压的作用。产生操作过电压的主要原因是由于线路操作引起的，如线路合闸和重合闸、故障和故障切除、开断容性电流和开断较小或中等的感性电流等。为保障电力设备的安全运行，变压器进行耐受操作电压能力的试验是变压器出厂试验中考核绝缘情况的主要试验。

本文从操作冲击故障分析、设备故障解体及验证三个方面，对该器变压器故障的发展过程、击穿电压分布开展研究。

2试验过程

2.1变压器基本参数

产品型号：SFSZ-180000/220，

额定电压：220±8*1.5%/115/10.5kV，

联结组别：YNyn0d11，绝缘水平：LI950AC395LI400AC200/LI480AC200LI325AC140/LI75AC35kV

2.2试验故障过程

对该变压器进行试验检测，电压比、绕组电阻、绝缘电阻、套管介损、空载负载损耗、雷电冲击、外施耐压、线端感应耐压、带有局部放电测量的感应电压试验、声级测量、长期空载运行、绕组变形试验，除绝缘电阻测试值偏小约为3000MΩ，其他试验数据合格。在对该变压器进行出厂试验操作冲击试验时，A、B两相试验合格，C相操作冲击试验进行第一次50%电压调波下波形数据正常，在进行第一次100%全电压耐受冲击时电压电流波形出现异常，高压首端电压波形出现连续四次的跌落最后到达零电位点，高压中性点示伤电流波形出现高频震荡，因此判断主变变高C相操作冲击试验不合格，故障试验波形如下所示

在发生故障后立即对变压器取油样进行检查，未发现绝缘油异常，怀疑是外部原因导致操作冲击试验电压波形异常。2019年5月25日对变压器C相重新进行操作冲击试验，试验通过，试验后取油样发现变压器内部有乙炔气如体表（1）所示，确定第一次100%操作冲击全波试验时，变压器内部发生了放电，导致绝缘油中产生了乙炔气体

3故障分析

对故障过程进行分析，因为在绝缘电阻测试过程中，高—中低及地绝缘电阻为3000MΩ，低于要求的5000MΩ要求值，因结合图（1）的放电图谱，故怀疑是变压器内部绝缘油故障，从图（1）分析操作冲击电压经过四次跌落再到达零电位点，图中可证明变压器的中绝缘油发生了击穿，在变压器中油—纸绝缘中假设油的介电常数为ε1，绝缘纸的介电常数为ε2，则在电压下油中电场强度E1与纸中电场强度E2之间的关系为E1/E2=ε2/ε1，通常绝缘油ε1的介电常数约为2.2，绝缘纸的介电常数约为4~5，因此在油-纸复合绝缘中，油中承担的电场强度为绝缘纸绝缘强度的1.82~2.27倍，操作冲击试验电压为负极性，放电起始位置由低电位开始，经过变压器中固体绝缘，由油间隙连接的放电路径，所以怀疑劣化的绝缘油的使用是本次试验的故障的关键原因。

同时绝缘电阻偏低也是绝缘油不良而造成的，第二次操作冲击试验能通过，是因经过路径中油隙发生放电存在的毛刺尖端在第一次冲击试验中被烧蚀，绝缘油放电路径中产生的碳化物及分解气体迅速溶解在绝缘油中，使得介质的绝缘性能恢复，而固体绝缘介质击穿则会导致绝缘性能的降低或者放电路径的贯通，则此次放电为绝缘油间隙击穿，所以第二次试验能通过。

4解体检查

为验证本次绝缘缺陷的具体放电位置，对该变压器进行放油、吊罩，器身烘干进行检查，在C相高压侧靠近旁轭侧压装垫块、压板及纸圈上可见明显的放电痕迹（如图2）放电路径需对变压器的绕组解体进行更进一步解体检查。

器身进行干燥脱油完毕，对主变上铁軛、C相的端部压环、垫块拆卸完成。发现在角环及压环下部端圈上可见到放电痕迹，C相线圈高压出线处竹笋头尾端有绝缘破损，同时推测放电路径由螺栓尖端—绝缘垫块—上压板—高压引线端部间由“油隙”连接放电路径，吊出C相线圈进行检查，核实线圈内放电位置。

对线圈外绝缘纸板进行检查，发现高压线圈引线处成型绝缘筒上有明显的放电痕迹，拆除成型绝缘筒后调压线圈与高压线圈之间靠近高压引线出线处围屏上有明显树枝状放电痕迹。

吊出有载调压线圈及高压线圈，剥离高压线圈竹笋头包扎的绝缘纸，对放电的起始位置进行确认，确认放电点位于高压导线出线处第一饼导线出线端，同时附近的第2饼及第3饼绕组绝缘纸均有污染痕迹，剥离放电位置线圈导线包扎的绝缘纸后，放电位置铜导线线未见明显损伤，高压线圈内侧未见损伤。放电路径如下所示，验证了分析过程中的放电路径的推导。

5结论

本起变压器出厂试验故障的原因为变压器油的品质不良所引起的，绝缘油的劣化会降低油纸绝缘的承担的电场强度，导致绝缘缺陷。本次故障分析方法为同类型的试验故障提供参考依据。

参考文献

[1]胡启凡．变压器试验技术．北京:中国电力出版社，2009

[2]谢耀恒、贺恒鑫等．操作冲击下正极性长间隙放电物理仿真模型．中国电机工程学报(2013) 31-0177-08

[3]温念珠．电力用油实用技术．北京:中国水利水电出版社，1998