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  • 一台35kV高壓試驗變壓器交流耐壓試驗故障原因分析
  • 點擊次數:69 發布時間:2020-02-21
  •   1 引言

      電力變壓器交流耐壓試驗的主要目的是檢測其繞組對地及繞組之間的主絕緣強度, 是避免發生絕緣事故的重要手段, 對決定電力變壓器能否繼續投入運行具有決定性的意義,所以《電力設備預防性試驗規程》規定,對66kV 及以下的變壓器大修後必須進行交流耐壓試驗。其試驗電壓遠遠高於運行電壓,因此它屬於破壞性試驗, 試驗時必須嚴格按照規定接線和操作,否則會造成設備損壞。本文中筆者對一台35kV 變壓器大修後進行交流耐壓試驗時發生的10kV 套管表麵放電和試驗設備損壞故障進行分析,判定其原因是處於地網接地扁鐵同一位置接地的試驗接地線脫落後在試驗回路產生了過渡過電壓。

     

     

      2 故障經過

      2006 年7 月28 日,對一台大修後的35kV 變壓器進行交流耐壓試驗。變壓器型號為SF9-10000/35,額定電壓為(35±2.5%)/10.5kV。大修後所有非破壞性試驗(如絕緣電阻和介損等)數據合格且注油後靜置時間超過24h, 變壓器高壓側對低壓側及地的出廠交流耐壓試驗值為85kV,根據《電力設備預防性試驗規程》規定,現場大修後試驗電壓為出廠試驗電壓的85%, 實際施加電壓為72kV。試驗變壓器型號為YD-25/150,額定容量為25kVA。變壓器高壓側對低壓側及地的電容量為5569pF,當交流耐壓值為72kV 時,可計算出試驗變壓器高壓繞組輸出電流為0.126A, 低壓側電流為47.25A,試驗變壓器完全滿足現場試驗的需要。

     

     

      變壓器低壓繞組端頭短接接地,高壓繞組端頭短接與試驗變壓器高壓輸出繞組相連,所有設備接地線在地網扁鐵同一點E 處接地,經檢查接線無誤後調整保護球隙間距離,設定其放電電壓為82kV,隨後開始對變壓器高壓側進行交流耐壓試驗,當試驗電壓升至72kV,正準備讀取毫安表電流數據時,變壓器10kV 側套管表麵發生火花放電,同時聽見非常大的放電響聲,試驗變壓器控製開關跳閘,調壓器自動回零。經檢查,所有設備接地線均在接地點E 處脫落,毫安表mA 及其短路刀閘K、高壓數顯電壓表V 燒壞,分別測試試驗變壓器T2高壓對低壓、高壓對地、低壓對地的絕緣電阻全部為零,表明試驗變壓器絕緣遭到破壞。

      3 原因分析

      根據現場檢查分析,認為此次試驗故障主要原因是所有設備接地線纏繞一起後在接地點E 處捆綁在接地網扁鐵上, 由於接地線采用多股細軟銅絲線,而且隻纏繞了一圈,銅線很容易散開,使得接地不牢固。當試驗電壓升至72kV 時,全部接地線在接地網扁鐵處鬆散脫落,隨後產生的過渡過電壓造成變壓器10kV 套管放電及試驗變壓器燒壞。

      3.1 10kV 套管放電原因分析

      用介損測試儀測得變壓器高壓繞組對低壓繞組及地的電容量Cg為5 569pF,低壓繞組對高壓繞組及地Cd為9139pF,高低繞組對地Cg+d為6 329pF。

     

     

      根據電力變壓器介損和電容量接線原理列出以下三個公式:

      Cg=C1+C12 (1)

     

     

      Cd=C2+C12 (2)

     

     

      Cg+d=C1+C2 (3)

     

     

      計算出:C12= Cd+Cg-Cg+d2 =4 189.5pF

     

     

      C1=Cg-C12=1 379.5pF

     

     

      C2=Cd-C12=4 949.5pF

     

     

      正常情況下被試變壓器低壓繞組短接接地,低壓繞組各點與地等電位;當被試變壓器低壓側接地線脫落後(低壓繞組還是短接在一起,不考慮低壓繞組電感影響),相當於K1斷開。假設t=0 時,K1斷開,斷開前瞬間(t=0-),C2上電壓U2(0-)還是與地等電位,則U2(0-)=0;K1斷開後瞬間(t=0+),由於電容C2的電壓不能突變,其初始電壓U2(0+)=U2(0-)=0,一定時間後,低壓繞組對地電壓將達到一個穩態電壓值U2p,此時變壓器低壓繞組處於懸浮狀態,位於高壓對地的電場之中,穩態電壓值U2p將取決於高低壓繞組間電容C12和低壓對地電容C2的大小,可列出公式:U2p= C12C12+C2U,則U2p=33kV。

      由於初始電壓與穩態電壓不同,被試變壓器低壓繞組上電壓從零變為穩態電壓33kV 時必然有一個過渡過程,此過渡過程中會在低壓繞組各點上產生遠遠超過33kV 的電壓值,根據電路原理中三要素法得過渡過電壓:U2=U2p+[U2p-U2 (0+)]e-δt,其中δ為時間常數,因此U2是隨時間增加而逐漸衰減的,可以看出在斷開後瞬間即t=0 時,U2有最大值且為:U2 最大=U2p+[U2p-U2(0+)],則U2 最大=2×33=66kV。

      電力變壓器10kV 繞組出廠和大修試驗電壓值分別僅為35kV 和30kV,因此,U2 最大可能會造成變壓器低壓側繞組絕緣損傷,經再次進行非破壞性試驗及交流耐壓試驗合格,表明電力變壓器沒有損壞,可以繼續投入運行。

     

     

      試驗時看見的10kV 套管火花放電是由上述過渡過程中產生的過渡過電壓U2使套管表麵空氣間隙擊穿而產生的, 一般情況10kV 套管表麵放電電壓不低於74kV, 而過渡過電壓U2的最大值僅66kV,不應該使套管擊穿,但是,由於變壓器低壓側短接接地線脫落後搭接在變壓器低壓套管上, 減小了低壓套管表麵沿麵放電距離近一半, 其放電電壓也大大減小,因此,過渡過電壓U2加在套管剩餘表麵距離上很容易使其擊穿而發生沿麵放電現象。

     

     

      3.2 試驗設備損壞原因分析

      試驗變壓器高壓輸出繞組簡化等值電路如圖3a 所示,在工頻電壓作用下,匝間電容很小,容抗特別大,不考慮匝間電容影響,另外與低壓輸入繞組間的電容和互感也忽略不計。毫安表並聯的刀閘K 在升壓過程中是閉合的,隻有讀毫安表時才斷開。試驗變壓器高壓輸出繞組末端X 接地,相當於刀閘K2閉合,在工頻電壓下繞組上各點電壓是均勻分布的,其值為U=U1 (1-xL)(其中L 為繞組長度,x 為繞組各點到首端A 處的距離), 同樣假設t=0 時刀閘K2斷開,斷開前瞬間t=0-時,U(0-)=U=U1(1-xL),繞組首端A 處x=0,U(0-)=U1;在繞組末端X 處,x=L,U(0-)=0,如圖3b 中斜線1。當K2斷開後瞬間t=0+時, 由於試驗變壓器高壓繞組對地電容上的電壓不能突變,繞組各點初始電壓U(0+)與t=0-時相同,即U(0+)=U(0-)=U1(1-xL);而K2斷開後達到穩態時試驗變壓器高壓輸出繞組各點的穩態電壓相同,都為Up=U1=72kV,如圖3b 中直線2。

      由以上分析可知,試驗變壓器高壓輸出繞組各點初始電壓分布與穩態電壓分布不同, 因此從初始分布到穩態分布也存在一個過渡過程,在繞組上各點產生過渡過電壓, 它與被試電力變壓器10kV 繞組各點過渡過電壓不同,10kV 繞組各點過渡過電壓大小相等且最大電壓值出現時間一致, 而此處試驗變壓器高壓繞組上各點的過渡過電壓大小不等且出現最大電壓值的時間也可能不同, 但電壓最大值包絡線為圖3b 中虛斜線3,計算繞組各點最大過渡過電壓值的公式與前麵相同:U最大=Up+[Up-U (0+)],則U最大=U1(1+xL),當x=L 時,U最大=2U1=144kV,即過渡過程中試驗變壓器高壓繞組各點都要產生一個最大電壓值,但在其末端X 處產生的最大電壓值比其他任何點要高

      上述過渡過電壓對試驗設備危害非常大,一是由於試驗變壓器高壓輸出繞組越靠近末端X 處,其絕緣越薄弱,僅能承受3kV~5kV 左右電壓,過渡過程中產生的高電壓很容易造成其高壓繞組對低壓及地絕緣擊穿, 經解體檢查發現繞組部分絕緣材料燒焦,末端小套管表麵有放電痕跡和末端引線燒斷;二是接線脫落後繞組末端過渡過電壓作用於毫安表mA 及其短路刀閘K 等試驗設備上, 很容易使它們擊穿燒壞;三是數顯電壓表V 接地線脫落後,試驗變壓器首端電壓使其燒壞;四是如果接地線脫落時,試驗人員正斷開刀閘K 讀取毫安表數據,會危及試驗人員人身安全。

     

     

      4 預防措施

      針對此次交流耐壓試驗出現的故障情況,筆者從兩個方麵提出了預防措施:一是改善接地方法;二是改進毫安表接線和讀數方法。

     

     

      4.1 改善接地方法

     

     

      在試驗接地方麵應采取以下預防措施: 一是對所有接地線與地網的連接采用螺栓等固定連接方式,且必須牢固可靠;二是不同設備的接地線其接地點不同,不能纏繞在一起接地,特別是被試設備的接地線與所有試驗設備接地線應分開接地; 三是要求設備連接線或接地線的截麵積足夠大, 滿足耐壓時動穩定和熱穩定要求;四是試驗接好線後,應由專人進行檢查,確認所有接線無誤(包括是否牢固、對地距離、安全距離是否足夠)後才能進行試驗。

      4.2 改進毫安表接線

      本次試驗中毫安表並聯了一個刀閘K, 其作用是防止短路電流燒毀毫安表, 隻有對毫安表讀數才打開。從前麵分析可知,試驗過程中接地線脫落時試驗變壓器末端產生的高電壓作用在刀閘和毫安表上會使其燒壞, 如果此時試驗人員正打開並聯刀閘K讀數會危及試驗人員人身安全。因此有必要對毫安表接線進行改進,可將刀閘K 改為LA 型常閉按鈕,如圖4 所示。此按鈕在升壓過程中是閉合的,隻有在讀毫安表時按下才打開,讀完後自動閉合。讀數時試驗人員可站在一定的安全距離外用一根絕緣棒按下AN 按鈕,這檔不會對試驗人員造成傷害,如果看不清楚毫安表刻度,可用望遠鏡讀數。

      5 總結

      (1)變壓器交流耐壓試驗主要用於考核其主絕緣狀況,試驗時應將被試繞組短接加壓,非被試繞組短接接地,以防繞組局部電位升高,損傷絕緣。本次試驗雖然變壓器低壓側繞組電壓突然升高到66kV,但沒有造成損壞事故。

      (2)對變壓器交流耐壓試驗所施加的電壓較高,現場試驗接線時要求設備間連接線、設備外殼接地線、非被試繞組接地線必須保證連接良好可靠,且所有試驗接地線應不在同一處接地。本次試驗中,由於電力變壓器非試驗繞組接地線接地不良, 產生的過渡過電壓達到試驗電壓的2 倍,燒壞了試驗設備。

     

     

      (3)交流耐壓試驗過程中讀毫安表時,斷開其並聯刀閘可能危及人身安全, 可采用LA 型常閉按鈕代替並聯刀閘,站在安全距離外用絕緣棒操作按鈕。

童經理
13621915063

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