主变压器本体绝缘油耐压降低的原因分析及处理

主变压器本体绝缘油耐压降低的原因分析及处理

董杰 王雅湉

国网青海省电力公司检修公司 青海省西宁市 810000

国家电网有限公司科技项目资助 智能绝缘油色谱仪开发，522821180015

摘要：近年来，由于绝缘损坏引起的电网事故频发，绝缘老化问题已成为影响电网安全运行的关键因素。现有的电力变压器绝缘系统主要采用矿物绝缘油和绝缘纸板组合的油纸绝缘方式，在运行过程中，油纸绝缘容易受到电、热、酸、水分和氧气等因素的影响而发生老化，导致绝缘性能下降。不少研究学者通过宏观实验对油纸绝缘老化过程进行了研究，通过110℃下264天的加速热老化实验对矿物油-纸绝缘和混合油-纸绝缘的酸值、颜色和绝缘纸聚合度的变化以及油纸绝缘老化过程中的空间电荷形成及迁移特性进行了分析，研究了在不同温度下经过500多天的加速热老化实验的矿物油、植物油分别与热稳定绝缘纸组成的油纸绝缘系统的击穿电压特性；对加速热老化实验得到的3组油老化状态不同的油纸绝缘试品的空间电荷特性进行了研究；利用电声脉冲法研究了在20kV/mm直流电场下老化1000h不同阶段下油纸绝缘的空间电荷特性。

关键词：变压器;绝缘;故障

引言

近些年来，变压器内部故障检测技术的实施因为电子传感器技术和油气分离技术的发展，取得了飞速的进步。现在，电力变压器检测技术结合多种方法，在变压器发生故障时有成果且迅速的进行检测和评估分析，力求在萌芽状态把隐患彻底消除。

1概述

伴随着中国经济和社会的飞速发展，电力系统在这些年得到了快速发展，预计到2020年，将会大幅提升整个电网容量和电压等级。中国超高压输变电网络的主干主要是以500千伏线路为主，有些特高压兴旺的地区已经开始采用超过750千伏和1000千伏级，变压器是重要的能源传输装置，其内部故障检测技术更是重中之重，未来整个电力工业的发展和电力建设将来的目标方向都会受到电力设备的影响。

2试验情况

绝缘油作为变压器本体内部的主要绝缘介质，其绝缘性能直接影响到变压器的安全运行。发现问题后，我们立即对该变压器进行了全面的电气和油务试验。结果显示，主变压器绝缘油中的含水量超标，绕组对地绝缘电阻值较低，泄漏电流及变压器介质损耗因数呈上升趋势。之前历次试验的各项数据均正常。

3变压器故障分析

3.1故障现象

根据GB1094.3-2017,雷电冲击试验需进行一次50~70%的全电压参考试验和3次100%全电压冲击，该变压器高压、中压及低压a、b相雷电冲击试验正常，c相50%的全电压参考试验和前两次100%全波冲击试验也正常，第三次100%全波冲击电压下电压波形出现跌落，且电流幅值与前两次相比略有增加，电流波形异常，从电压波形跌落情况判断，由于电压未跌落至零电位，且跌落幅值不是很大，因此可排除靠近入波端子附近部位的对地故障，可能发生了绕组间或匝间、引线间的绝缘击穿故障。

变压器的油纸绝缘系统内部结构十分复杂，主要由纸板、油隙撑条等构成，油纸绝缘在高温或绝缘击穿情况下会产生乙炔、乙烯等特征气体，为进一步确定变压器内部是否发生放电故障，对故障后变压器油样进行了油中溶解气体分析，色谱分析结果显示，在低压升高座附近的油样气体含量明显异常，气体组分及含量，根据DL/T722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，利用三比值法判断故障类型为电弧放电，参考典型故障为绕组匝间、层间放电，相间闪络，选择开关拉弧；引线对箱壳或其他接地体放电。

3.2解体检查情况

解体检查发现，C相低压绕组端部沿纸板与撑条对稳定绕组端部发生爬电，并造成低压绕组和稳定绕组绝缘击穿，低压绕组故障点靠近出头位置，在第一饼电磁线内径侧，稳定绕组故障点位于第一饼电磁线外径侧，两处电磁线有明显损伤，对应位置的撑条上有明显爬电及熏黑痕迹，电磁线绝缘纸被熏黑。

4检查分析

4.1处理措施

通过对故障部位的电场分析，发现低压绕组和稳定绕组上端第一线饼的最大电场强度达到了37kV/mm，最大电场强度位置在线饼上端角部，超出了许用场强，其他线饼电场强度均在许用范围之内，因此只需加强第一线饼绝缘强度即可，采取的方法是低压绕组和稳定绕组第一线饼分别加设2mm厚角环，它可以承担一定比例的电压，使绝缘层表面处油中最大电场场强降低，大大提高油间隙的工频和冲击击穿电压，处理后最大电场强度约24kV/mm。

4.1.1改变稳定绕组绕向

通过改变稳定绕组绕向，避免稳定绕组上的雷电冲击传递电压与低压绕组电压反向，可大幅降低稳定绕组和低压绕组间的电位差，比如采用三种绕向和接线方式，稳定绕组和低压绕组间的电位差可降低约30%，接线方式已应用于实际产品中，未出现过类似绝缘击穿事故，采用仿真计算得到的三种接线方式绕组间电压及绕组对地电位。

4.1.2控制稳定绕组额定电压

一些用户要求稳定绕组额定电压达15kV级，甚至35kV级，由于稳定绕组不带负载，因此对其额定电压没有严格要求，因此可与用户协商降低稳定绕组的额定电压，降低稳定绕组和低压绕组的匝数比，可有效降低低压绕组遭受雷电冲击时稳定绕组上的感应过电压，根据以往变压器的设计、制造经验，稳定绕组额定电压应取10kV级及以下为宜。

4.2主变压器本体油枕的工作原理和作用

油枕分为普通型和密封型两大类，目前电力系统主变压器使用的密封型油枕可以分为隔膜式、胶囊式和波纹膨胀式三种。

该主变压器本体采用密封型胶囊式油枕，主要包括油枕的金属壳体、排气塞、胶囊、呼吸器、油位计、蝶阀、控流阀、积污盒、人孔密封盖等。胶囊安装在油枕的金属壳体内，变压器正常运行时，胶囊内部(气室)充满空气，通过呼吸器与大气相连通。胶囊外部(油室)与油枕金属壳体间充满绝缘油。当变压器因温度升高使油枕油位上升时，油枕油面会上升压迫胶囊。胶囊内部的空气通过呼吸器向外排气，这个过程称为变压器的呼气过程。当变压器因温度降低使油枕油位下降时，胶囊外部与油枕金属壳体之间因绝缘油油面下降而出现负压，胶囊内部气室便自行经呼吸器从外面吸入大气，以平衡胶囊内、外部的压力，这个过程被称为变压器的吸气过程。变压器的呼、吸完全由胶囊内部的气室与外界大气连通进行，而油枕中的绝缘油则通过胶囊与外界空气相隔离。

结语

变压器油的各项性能指标的优劣对变压器是否能够长期安全可靠运行至关重要。随着超、特高压大容量变压器的不断发展，变压器的绝对体积也在逐渐增大，用油量也在不断增加，在保证变压器油的各项性能指标满足标准要求的前提下，最大可能提升变压器油的性能指标，是保证和提升电气设备性能的一项重要工作。除了做好变压器油生产工作外，在变压器油储存、运输和使用时，还应重点关注油罐、滤油机、输油管路的密封和清洁问题，避免变压器油受粉尘等异物的污染。

参考文献

［1］中国电力企业联合会.电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范：GB50148—2010［S］.北京：中国计划出版社，2010.

［2］全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会石油燃料和润滑剂分技术委员会.电工流体变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油：GB2536—2011［S］.北京：中国标准出版社，2012.

［3］全国电气化学标准化技术委员会.运行中变压器油质量：GB／T7595—2008［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［4］李阳,董明,戴建卓,等.温度对纳米改性变压器油黏度影响的分子动力学模拟研究[J].绝缘材料,2017,50(7):66-70.