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摘要：带局部放电测量的长时感应耐压试验（IVPD）作为考核变压器绝缘状况的试验项目，是变压器出厂试验最重要的环节之一。以一起500 kV变压器出厂局放试验异常的分析与处理过程为例， 分析局放异常的椭圆图特征，结合传递比法、支撑法、超声波定位等多种方法进行故障定位和诊断，最终进行变压器解体检查，确定放电点及局放原因，为现场变压器局放试验异常的分析和诊断提供一定的借鉴意义。
关键词：长时感应耐压试验；IVPD；局部放电；传递比；支撑法；超声波定位
0引言
变压器出厂局放试验是变压器生产组装完成后考核其绝缘状况的重要试验项目，是决定所生产的变压器能否交接到现场并投入生产运行的最关键一环。结合现场实际来看，变压器无法正常投运的原因基本都是局放异常[1-2]。结合所辖变电站内一起500kV变压器出厂局放试验异常案例，分析前后三次局放试验异常的特征和变化趋势，根据椭圆图的波形特征和传递比初步估算故障的类型和位置，并通过支撑法和超声波法进行故障的进一步确定和定位，最终对变压器进行吊罩和绕组解体检查，确认故障类型和位置，为500kV变压器局放异常处理提供一定的参考意义。
1 变压器局放试验
该变压器型号为ODFS-334000/500，额定电压为(525/√3)/(230/√3)/36 kV，联结组别为Ia0i0，于2020年12月生产组装完成。
根据国标GB/T1094.3-2017要求，按图1中的试验流程进行局放试验。其中U1=1.8Ur/√3=545.6 kV，U2=1.58Ur/√3=478.9kV，U3=1.2Ur/√3=363.7kV， A、B、E时间为5min，C时间为30s(电源频率200HZ)，D时间为60min。根据技术协议要求，在U2=1.58Ur/√3下，所有测量端子上的“视在电荷量”的连续测量水平D时间内高压和中压均不超过90 pC。
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图1 变压器局放试验加压流程
1.1第一次局放试验
2020年12月24日进行第一次出厂局放试验，电压加到1.2Ur/√3左右时，高压侧和中压侧在第一和第三象限均出现放电信号，局放量超过协议值90pC，之后将电压加到1.58Ur/√3和1.8Ur/√3时，局放量明显增大，且局放特征更为明显，具体如图2所示。试验后绝缘油中有0.6uL/L乙炔产生。中压侧比高压侧的传递比在5:2至5:4之间波动(方波校准时中对高传递比为约为5:1)。根据试验结果推测局放点可能位于中压绕组附近区域。
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图2 第一次局放试验椭圆图
1.2 第二次局放试验
2020年12月31日进行第二次局放试验，同样电压加到1.2Ur/√3左右时即出现局放信号，局放特征与第一次基本一致，起始放电后，放电量随电压上升而稳定增长，熄灭电压基本相等，信号波动较大，偶尔会出现放电信号过零点的现象，传递比依然在5:2至5:4之间波动，具体如图2所示。局放试验后油色谱结果有0.71uL/L乙炔产生。
利用支撑法将试验变压器输出端接至被试变压器低压端的同时，也接至被试变压器的中性点，抬高中性点的电位。使得达到试验电压的时候，实际绕组之间的匝间电压比原来低，支撑法原理图见图5。采用此方法时，若局放消失或者明显减小，说明绕组存在匝间放电的可能性较高[3]。现场通过支撑法进行测试时，发现局放信号基本不变，说明该变压器存在匝间放电的可能性较小。
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图3 第二次局放试验椭圆图
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图4 支撑法
1.3 第三次局放试验
2021年1月2日利用超声波技术进行局放源定位。在局放试验加压过程中发现，电压加至0.7Ur/√3左右时即出现局放信号，升至1.0 Ur/√3时，局放量约为1000pC左右，放电刚开始时，放电脉冲尚能分辨，随着电压升高，放电脉冲向试验电压的零位方向移动，同时出现幅值较大的脉冲，脉冲分辨率下降，变得难以分辨，呈现出较为典型的沿面放电特征。推测可能在数次局放试验后，该变压器内部放电点进一步劣化，内部绝缘表面爬电扩散，试验起始电压明显降低，乙炔含量增长为2.55uL/L。
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图5 第三次局放试验椭圆图
利用超声波幅值定位法进行定位，在油箱壁上选取多点进行超声波幅值测试，经过幅值对比分析，最终将故障区域定位到高压套管出线侧中下部线圈区域，具体见图6-7。
2 变压器解体检查
根据多次局放试验结果以及传递比关系，推测局放点可能位于中压绕组附近。
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图6超声波局放定位异常波形
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图7 超声波定位故障区域
2021年1月3日至4日对变压器进行退油、控油，拆除套管、油枕等附件，并将绕组及铁芯吊出解体检查。
拆除中压侧绕组围屏时，发现中压侧绕组从里往外第二层围屏的第9-11号撑条之间及相应的撑条上有大面积放电痕迹。撑条与围屏接触的区域有明显的斑点状放电迹，第二层围屏内侧也有大面积放电痕迹，详细放电情况如图8所示。
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图8中压侧绕组从里往外第二层围屏放电情况
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图9中压侧绕组从里往外第二层围屏放电情况
进一步往下拆解发现第一层围屏放电程度和范围更大，第7-12号撑条之间及相应的撑条上均有更为明显放电痕迹，此外，在第9号撑条从下往上约1.25m处有处放电点最为严重，该点在放电过程中已贯穿至第一层围屏内侧，并使得与其接触的中压线圈65-66饼之间9号撑条的垫块左侧因放电产生碳化。检查中压线圈周围未发现其它放电痕迹，具体放电情况和放电位置如图9-10所示。
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图10线圈排列及档位位置示意图（俯视图）
3 局放原因分析
经电场计算，在局放试验时碳化撑条位置的场强为5.0kV/mm，远低于层压纸板的许用场强值12.0kV/mm，正常情况下不可能发生放电现象。
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图11高-中线圈主控道电场计算
根据中压绕组围屏及撑条拆解结果推测，第一层围屏与第9号撑条贴合位置，从下往上约1.25m处的放电点为起始放电源，随着后续几次试验的开展，由该点逐渐向第9号撑条两侧围屏扩散蔓延，内部绝缘逐渐劣化，表面爬电不断蔓延扩散。因此最后在进行超声波局放定位过程中，局放起始电压明显降低，局放信号过零点，局放量明显变大，呈现出明显的沿面放电特征。
结合局放异常特征和解体结果推测原因为线圈组装过程中清洁措施控制较差，使得第9号撑条与第一、二层围屏间存在金属杂质或异物，导致绝缘介质不均匀，电场发生畸变，再加上气温较低，故障位置的撑条和围屏脱水烘干以及浸油不够彻底，变压器内部绝缘偏低，最终导致撑条与围屏之间发生放电。
后续厂家更换该变压器所有撑条、围屏及其他绝缘件，在组装过程中严格控制组装环境的清洁度，并进行充分热油循环后，重新进行出厂局放试验，试验结果正常未再出现异常局放现象。
4 总结
生产制造工艺以及绝缘组件质量等因素是造成变压器局放异常的常见原因[4]。本文所举的500kV变压器出厂局放试验异常事件就是很典型的厂家不重视变压器组装环境清洁度以及生产制造工艺导致的局放异常案例。
结合近年来变电站基建和设备运行情况来看，新投运设备和变电站的故障率和返厂率呈现明显的上升趋势。主要原因为随着成本的不断压缩，设备厂家生产制造工艺粗糙，疏于对细节的严格把控，设备材料和质量不断缩水。这给一线检修人员的设备验收以及例行检修工作带来了很大的困难和不可控因素。
建议在设备生产制造阶段做好设备监造工作，从源头上严格把控，在生产制造工艺和组件、附件的质量上严要求，避免一些细节上的疏忽影响设备的正常投运和运行[5]。
参考文献
[1]伊锋, 梁健, 许伟, 等. 500 kV变压器现场局部放电异常分析[J]. 山东电力技术, 2020, 47(8): 10-13.
[2]胡伟涛, 祝晓辉, 闫佳文, 等. 500kV变压器局部放电异常的分析及处理[J]. 电工技术, 2018(23): 102-103, 105.
[3]吴鹏, 吴益明, 姚廷利, 等. 一起220kV变压器局部放电试验异常的分析处理[J]. 变压器, 2015, 52(6): 68-71
[4]江峰. 一起500kV变压器现场局部放电试验异常分析[J]. 工程技术: 全文版, 2016(8): 00215-00215.
[5]董理科, 王英民, 李冠良. 变压器局部放电试验及状态评价技术研究[J]. 山西电力, 2018(6): 38-40.
作者简介：许火炬( 1990-)，男，通信作者，助理工程师，研究方向为电力系统设备状态监测和评估；E-mail: 807580731@qq.com