調相機升壓變介損超標原因分析及其預防措施研究

孫國中，程懷宇，宋 明，李康偉，楊恒杰

（國家電網有限公司特高壓建設分公司，北京 100000）

0 引言

變壓器套管是變壓器的重要組成部分，它的作用是將高壓引線從箱體中引出，并起到絕緣作用[1]。變壓器套管按照主絕緣結構分為電容式和非電容式兩種，電容式套管一般由電容芯子、瓷套、連接套筒和其他固定附件組成，電容芯子為套管的主絕緣，瓷套作為外絕緣和保護芯子的容器[2]。電容式套管介損（tanδ）測量是判斷套管絕緣狀況的一項重要手段[3-4]，由于套管體積較小，電容量較?。◣装賞F），因此測量其介損可以比較靈敏地反映套管油質劣化或受潮及某些局部缺陷。

1 調相機升壓變介損超標的概況

南昌±800 kV 換流站內新建2 臺300 MVar 調相機，每臺調相機采用調相機-變壓器組單元接線經斷路器接入換流站500 kV 交流濾波器大組母線。2 臺調相機升壓變壓器型號為SFP-360 MVA/500 kV，由常州東芝變壓器有限公司生產。升壓變冷卻方式為強迫油循環導向風冷（ODAF），額定容量360 MVA，調壓方式為無激磁調壓，電壓比525±2×2.5%/20 kV，短路阻抗Ud=10.5%，接線組別為YN，d11，空載電流0.06%，空載損耗198 kW。

測量繞組連同套管的tanδ：絕緣電阻合格后方可進行，當變壓器電壓等級為35 kV 及以上且容量在8 000 kVA 及以上時，應測量介質損耗角正切值tanδ；被測繞組tanδ值不應大于產品出廠試驗值得130%。

在完成變壓器本體及附件安裝工作后，對該調相機升壓變進行常規試驗時，發現繞組連同套管介質損耗角正切（tanδ）的現場測量值較工廠的試驗值偏高。主要試驗數據如表1、2所示。

表1 變壓器介損和電容對比分析

表2 變壓器絕緣電阻值對比分析

查常規試驗相關數據，繞組連同套管的直流電阻試驗，換算到同一溫度，各相繞組相互間電阻的實測值較出廠值的差別不大于0.5%，滿足規范“≦1%”的要求。所有分接頭的電壓比允許偏差不超過±0.5%，三相組別正常。各繞組對地的絕緣電阻值，換算到同一溫度，滿足“不低于產品出廠試驗值的70%或不低于10 000 MΩ（20 ℃）”的要求，R60s大于10 000 MΩ，吸收比和極化指數與產品出廠值相比應無明顯差別。

從測量數據（換算到同一溫度）分析可以得出初步結論：電容的現場的測量值與產品出廠的試驗值基本一致，滿足“≦3%”的要求，被測繞組的tanδ值不宜大于產品出廠試驗值的130%，高壓對地的介損測量值與工廠試驗值差異不大，但涉及低壓對地之間介損的差異較大，推測超標原因可能是“發生在低壓對地之間”。

2 升壓變介損超標的原因分析

2.1 介質損耗因數增大原理

介質損耗因數測試所用儀器AI-6000E 原理為QS1 型平衡電橋原理。QS1 型電橋接線原理圖如圖1、圖2所示。

圖1 QS1型平衡電橋原理圖

圖2 QS1型電橋平衡原理圖

電橋平衡時，介質損耗因數及電容量計算公式如下：

式中：CN為高壓標準電容器；R4為無感固定電阻；ω為角頻率，以上3個量均為定量；R3為無感可調電阻；C4為可調電容器，以上2個量為變量。

電橋平衡過程是通過調節R3和C4，從而分別改變橋臂電壓的大小和相位來實現的。調節R3可以改變UVD的幅值，使之與UVD的大小相等；調節R4時，由于很小，所以C4的數值不大，對Z4的幅值影響很小，也就是對UVD的幅值影響很小，只是影響阻抗角的變化，換言之，決定CX、tanδ變化的直接量分別為R3和C4[5]。只要分析出當RX增大時C4如何變化即可得出結論。

式（1）中由于CX沒有變化，R3沒有變化，接線原理ZX支路中UWD不變，RX增大，回路電流IX減小，R3沒有變化，UUD減小。電橋平衡時，由于UVD＝UUD，因此UVD也要減小。在CN支路中，除C4外其他量均為定量，要想使UVD減小，只能調節C4使之增大，使電橋達到平衡，由于前面分析C4的變化決定介質損耗的變化，從而介質損耗因數tanδ增大[6]。

2.2 介損超標的原因分析

針對調相機升壓變安裝過程及現場試驗狀態與工廠試驗狀態差異性展開了如下調查工作。

1）變壓器繞組連同套管的直流電阻如表3所示。

由于繞組連同套管的直流電阻測試數據在合格范圍內，三相互差未超出規程規定值2%。因此，該套管介質損耗因數超標未能通過直流電阻測試數據反應出主要原因，可排除試驗接線一次回路接觸不良。

2）該次使用的低壓套管型式是純瓷的，可排除受到類似油紙電容式套管本身介損變化的影響。

3）追溯現場安裝露空時間控制和真空抵消工藝符合規定，未發現異?！，F場各繞組對地絕緣電阻測試數據良好，且高壓對地的介損測量值良好，排除變壓器安裝時受潮的因素。

4）追溯現場注入變壓器本體的變壓器油含水量＜10 mg/L，現場熱油循環后油品各項數據均符合協議要求，可以排除現場油品的因素。

5）考慮到該兩臺變壓器在工廠試驗時低壓套管未涂RTV，現場試驗時低壓套管涂有RTV，現場去除低壓套管瓷套表面的RTV 涂層后再次測量繞組連同套管介損，具體測量結果如表4所示。

表4 去除瓷套表面的RTV涂層后試驗數據

由試驗結果可知：去除低壓套管RTV 涂層前后的試驗數據無太大變化，可排除RTV 涂層對變壓器介損的影響。

6）經過專家論證，再進行補充試驗，數據如表5所示。

表5 補充試驗及數據

從上述試驗數據可以看出，與鐵心相關的連接介損都偏大，當排除了鐵心對介損的影響后，介損測量值下降較多且與廠內試驗值數據相當。

分析造成低壓繞組對地介損測量值差異的原因可能與變壓器的鐵心相關，經拆卸、包裝、吊裝、運輸等過程后鐵心環氧綁帶受到振動導致狀態有微小變化，其接地條件相應有所變化，導致了低壓繞組對地介損測量值的差異。介質損耗因數與電容量、一次回路等效電阻關系式：

由公式（3）可以看出，CX沒有變化，ω為定量，所以推測導致介質損耗因數增大的量為RX，可能鐵心環氧綁帶受到振動導致狀態有微小變化，其接地條件相應有所變化。相當于在被試品回路中串入一個電阻，導致有功分量增大，無功分量保持不變，介質損耗角增大[6]。

7）兩臺主變耐壓局放試驗后，再次對低壓繞組對地介損進行了測量，數據如表6所示。

表6 耐壓局放試驗后介損試驗及數據

從上述試驗數據可以看出，低壓繞組對地之間介損值有所下降，1 號、2 號變壓器分別較出廠值偏差為+60%、+26%。一般變壓器在高電壓試驗后不再進行介損的測量，據廠家經驗，確實記錄到高電壓試驗后有介損變化的現象，可能在高電壓試驗后接地條件會發生微弱的變化。

3 結語

3.1 結論

造成低壓繞組對地介損測量值差異問題的原因可能與變壓器的鐵心相關，可能經拆卸、包裝、吊裝、運輸等過程后鐵心環氧綁帶受到振動導致狀態有微小變化，其接地條件相應有所變化，導致了低壓繞組對地介損測量值的差異。

現場試驗結果滿足技術協議中介損≤0.5%的要求，廠家確認該差異完全不會影響變壓器的正常運行。

該兩臺主變已通過了后續的耐壓、局放等試驗，變壓器可以正常運行，后續將運維過程中介損測試與本次現場交接試驗測試的介損值作為對照，繼續保持關注。

3.2 建議

當后續變電站現場出現類似介損超標問題時，可以從套管本身材質、安裝時是否受潮（露空時間）、注入變壓器油含水量、套管RTV 涂層等方面進行分析，同時結合現場安裝工藝及試驗情況進行綜合判斷。

建議后續套管廠家加強套管鐵心環氧綁帶的施工工藝、設備監造的把關，在套管的拆卸、包裝、吊裝、運輸等過程注意設備保護，避免過程損傷。