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(qiáng)度， 是避免發(fā)生絕緣事故的重要手段， 對決定電力變壓器能否繼續(xù)投入運行具有決定性的意義，所以《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定，對66kV 及以下的變壓器大修后必須進(jìn)行交流耐壓試驗。其試驗電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于運行電壓，因此它屬于破壞性試驗， 試驗時必須嚴(yán)格按照規(guī)定接線和操作，否則會造成設(shè)備損壞。本文中筆者對一臺35kV 變壓器大修后進(jìn)行交流耐壓試驗時發(fā)生的10kV 套管表面放電和試驗設(shè)備損壞故障進(jìn)行分析，判定其原因是處于地網(wǎng)接地扁鐵同一位置接地的試驗接地線脫落后在試驗回路產(chǎn)生了過渡過電壓。
2 故障經(jīng)過
2006 年7 月28 日，對一臺大修后的35kV 變壓器進(jìn)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。大修后所有非破壞性試驗(如絕緣電阻和介損等)數(shù)據(jù)合格且注油后靜置時間超過24h， 變壓器高壓側(cè)對低壓側(cè)及地的出廠交流耐壓試驗值為85kV，根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定，現(xiàn)場大修后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(cè)對低壓側(cè)及地的電容量為5569pF，當(dāng)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(cè)電流為47.25A，試驗變壓器完全滿足現(xiàn)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(shè)備接地線在地網(wǎng)扁鐵同一點E 處接地，經(jīng)檢查接線無誤后調(diào)整保護(hù)球隙間距離，設(shè)定其放電電壓為82kV，隨后開始對變壓器高壓側(cè)進(jìn)行交流耐壓試驗，當(dāng)試驗電壓升至72kV，正準(zhǔn)備讀取毫安表電流數(shù)據(jù)時，變壓器10kV 側(cè)套管表面發(fā)生火花放電，同時聽見非常大的放電響聲，試驗變壓器控制開關(guān)跳閘，調(diào)壓器自動回零。經(jīng)檢查，所有設(shè)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(shù)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(jù)現(xiàn)場檢查分析，認(rèn)為此次試驗故障主要原因是所有設(shè)備接地線纏繞一起后在接地點E 處捆綁在接地網(wǎng)扁鐵上， 由于接地線采用多股細(xì)軟銅絲線，而且只纏繞了一圈，銅線很容易散開，使得接地不牢固。當(dāng)試驗電壓升至72kV 時，全部接地線在接地網(wǎng)扁鐵處松散脫落，隨后產(chǎn)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(jù)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(dāng)被試變壓器低壓側(cè)接地線脫落后(低壓繞組還是短接在一起，不考慮低壓繞組電感影響)，相當(dāng)于K1斷開。假設(shè)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斷開后瞬間(t=0+)，由于電容C2的電壓不能突變，其初始電壓U2(0+)=U2(0-)=0，一定時間后，低壓繞組對地電壓將達(dá)到一個穩(wěn)態(tài)電壓值U2p，此時變壓器低壓繞組處于懸浮狀態(tài)，位于高壓對地的電場之中，穩(wěn)態(tài)電壓值U2p將取決于高低壓繞組間電容C12和低壓對地電容C2的大小，可列出公式：U2p= C12C12+C2U，則U2p=33kV。
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(cè)繞組絕緣損傷，經(jīng)再次進(jìn)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(xù)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(chǎn)生的過渡過電壓U2使套管表面空氣間隙擊穿而產(chǎn)生的， 一般情況10kV 套管表面放電電壓不低于74kV， 而過渡過電壓U2的最大值僅66kV，不應(yīng)該使套管擊穿，但是，由于變壓器低壓側(cè)短接接地線脫落后搭接在變壓器低壓套管上， 減小了低壓套管表面沿面放電距離近一半， 其放電電壓也大大減小，因此，過渡過電壓U2加在套管剩余表面距離上很容易使其擊穿而發(fā)生沿面放電現(xiàn)象。
3.2 試驗設(shè)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。毫安表并聯(lián)的刀閘K 在升壓過程中是閉合的，只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(dāng)于刀閘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(shè)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(dāng)K2斷開后瞬間t=0+時， 由于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斷開后達(dá)到穩(wěn)態(tài)時試驗變壓器高壓輸出繞組各點的穩(wěn)態(tài)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(wěn)態(tài)電壓分布不同， 因此從初始分布到穩(wěn)態(tài)分布也存在一個過渡過程，在繞組上各點產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)最大電壓值的時間也可能不同， 但電壓最大值包絡(luò)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面相同：U最大=Up+[Up-U (0+)]，則U最大=U1(1+xL)，當(dāng)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(chǎn)生一個最大電壓值，但在其末端X 處產(chǎn)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(shè)備危害非常大，一是由于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(chǎn)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(jīng)解體檢查發(fā)現(xiàn)繞組部分絕緣材料燒焦，末端小套管表面有放電痕跡和末端引線燒斷;二是接線脫落后繞組末端過渡過電壓作用于毫安表mA 及其短路刀閘K 等試驗設(shè)備上， 很容易使它們擊穿燒壞;三是數(shù)顯電壓表V 接地線脫落后，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(shù)據(jù)，會危及試驗人員人身安全。
4 預(yù)防措施
針對此次交流耐壓試驗出現(xiàn)的故障情況，筆者從兩個方面提出了預(yù)防措施：一是改善接地方法;二是改進(jìn)毫安表接線和讀數(shù)方法。
4.1 改善接地方法
在試驗接地方面應(yīng)采取以下預(yù)防措施： 一是對所有接地線與地網(wǎng)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(shè)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(shè)備的接地線與所有試驗設(shè)備接地線應(yīng)分開接地; 三是要求設(shè)備連接線或接地線的截面積足夠大， 滿足耐壓時動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定要求;四是試驗接好線后，應(yīng)由專人進(jìn)行檢查，確認(rèn)所有接線無誤(包括是否牢固、對地距離、安全距離是否足夠)后才能進(jìn)行試驗。
4.2 改進(jìn)毫安表接線
本次試驗中毫安表并聯(lián)了一個刀閘K， 其作用是防止短路電流燒毀毫安表， 只有對毫安表讀數(shù)才打開。從前面分析可知，試驗過程中接地線脫落時試驗變壓器末端產(chǎn)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并聯(lián)刀閘K讀數(shù)會危及試驗人員人身安全。因此有必要對毫安表接線進(jìn)行改進(jìn)，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，只有在讀毫安表時按下才打開，讀完后自動閉合。讀數(shù)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(yuǎn)鏡讀數(shù)。
5 總結(jié)
(1)變壓器交流耐壓試驗主要用于考核其主絕緣狀況，試驗時應(yīng)將被試?yán)@組短接加壓，非被試?yán)@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(cè)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(xiàn)場試驗接線時要求設(shè)備間連接線、設(shè)備外殼接地線、非被試?yán)@組接地線必須保證連接良好可靠，且所有試驗接地線應(yīng)不在同一處接地。本次試驗中，由于電力變壓器非試驗繞組接地線接地不良， 產(chǎn)生的過渡過電壓達(dá)到試驗電壓的2 倍，燒壞了試驗設(shè)備。
(3)交流耐壓試驗過程中讀毫安表時，斷開其并聯(lián)刀閘可能危及人身安全， 可采用LA 型常閉按鈕代替并聯(lián)刀閘，站在安全距離外用絕緣棒操作按鈕。
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