摘要：本文对一起110kV电力变压器雷电冲击试验故障进行了分析，通过吊出各相线圈解体检查，结合线圈绝缘结构中电场分布的分析，认为故障原因为线圈导线存在局部绝缘薄弱或毛刺等缺陷，导致局部场强超过介质耐受强度，从而引起放电。针对此次故障对变压器进行了相关修复处理，包括修复导线，更换相关绝缘件等。经修复，变压器顺利通过试验。
关键词：雷电冲击；故障分析；故障处理
1 引言
电力变压器作为电力系统中重要的电气设备之一，为确保电网的安全运行，要求它在雷电过电压的作用下有足够的绝缘强度。为验证电力变压器经受雷电冲击电压时其绝缘强度是否符合相关标准，一般需对变压器进行雷电冲击试验。雷电冲击试验中出现的故障层出不穷，因涉及因素较多，故障的具体成因分析并无特定的规律可循。本文试就一起110kV电力变压器雷电冲击试验故障作出有关分析以及提出相应的处理措施，供同行参考。
2 基本情况
主变型号为SZ11-40000/110，电压为110/11kV，联结组别为YN d11。
对主变进行低压侧雷电全波冲击试验无异常。高压侧雷电冲击试验中，C相全波100%试验发生击穿，波形截断，主变内部有明显异常响声。对C相雷电冲击复试，全波50%、70%无异常，全波80%时波形截断，主变内部再次出现异常响声。对高压侧A、B相进行雷电冲击试验，A相、B相波形无异常。试验后取油样检验，三比值法显示变压器内部存在电弧性放电。
3 主变吊罩检查情况
雷电冲击试验失败后对主变吊罩及线圈解体检查。通过检查，确认本次雷电冲击试验放电故障为C相高压端部导线对低压线圈爬电放电。
放电路径如下：
高压C相端部第一饼导线中部（线圈由外至内第15根导线）→折流板→静电屏→高压端圈→高压装配角环→低压外层纸筒→低压线圈第一饼导线。
图1C相放电路径
在检查高压线圈导线放电故障点时，剥开外包绝缘纸，发现该处存在毛刺，推断其可能是造成本次故障的主要因素。
图2导线毛刺
4故障分析
变压器高压线圈端部绝缘所处的电场极不均匀，且由于铁轭是辐向不对称，所以电场也是不对称的。端部绝缘采用垫块与隔板（角环）分隔油隙，电场线经过两种介质（变压器油和绝缘纸板）时一般是斜入固体介质，因而存在着沿固体绝缘表面的电场线切向分量，属于滑闪型结构。由于该处电场不均匀且不对称，如果线圈端部出现局部放电，在电场作用下就很可能发展成沿固体绝缘的沿面放电。
为提高变压器在高压线圈端部的绝缘强度，该主变在高压线圈绕制方式和端部绝缘均有针对性设计。高压线圈大部分线饼采用常见的连续式绕制，但在端部数饼采用纠结式绕制，提高了匝间电容和耐冲击性能。而在绝缘方面，在高压线圈第一饼导线最外侧放置了小角环，同时在第一饼导线上方放置静电屏，以此改善端部的电场分布，使端部绕组电场分布较均匀，提高绕组的冲击绝缘强度。该高压线圈绕制方式和端部绝缘设计较为成熟，在正常情况下具备足够的绝缘强度。
根据该变压器雷电冲击试验失败情况和解体检查结果，C相端部线饼中部存在一个放电点，高压线圈端部从该点开始经过角环对低压线圈端部发生沿面放电。根据绝缘结构设计有关计算，发生此类故障时放电起始位置一般在高压线圈线饼最外层导线，因此处场强最不均匀且爬电路径更短。而在本次试验故障中，高压线圈的放电点出现在线饼的中间位置而非最外层，则基本可排除绝缘结构设计存在缺陷导致放电的可能。结合线圈解体中对高压线圈导线检查时发现的毛刺，更倾向认为本次试验放电故障是由线圈导线存在的毛刺或局部绝缘薄弱等缺陷引起的。
在变压器导线的制作过程中如果包绝缘纸时控制不当，纸与纸之间间隙过大，层间纸与纸没有错开，就会造成局部绝缘覆盖层数和厚度不足，使局部绝缘强度降低；或者导线线体上存在尖角、毛刺等缺陷，就会引起局部电场场强畸变、集中。若存在上述任何一种情况，或者两种情况同时存在，当局部场强增大并最终超过介质的耐受强度时，就会破坏变压器线圈端部由油-隔板组成的绝缘结构，引起放电。
5 故障处理措施
5.1对高压C相故障导线的毛刺、尖端作修锉及打磨清理，确保导线光滑，并按工艺要求复包绝缘。用吸尘器对C相高低压线圈端部作吸附清理，并沿线圈线饼对所有受损线圈作全面清理。
5.2更换C相所有受放电故障污染的绝缘件。
5.3在三相高压线圈静电屏上部、高调线圈间增加一层2mm反角环，并对端部绝缘作相应调整，以保证线圈温升符合技术要求；对可利旧的绝缘件清理干净后进行复装。
5.4在三相高压线圈第二饼线外侧增加小角环，同时增加小角环的覆盖面，覆盖高压线饼幅向的1/3。
各相线圈经过上述修复处理后变压器重新进行出厂试验，雷电冲击试验电压按100%进行，全部试验项目均顺利通过。
6结束语
由于变压器电压等级、容量不一、线圈绝缘结构各异等原因，雷电冲击试验失败后故障的分析和处理均无固定的方法。因此，我们需要从实际情况出发，根据试验波形和数据、主变内外部检查结果，乃至过往类似情况的分析结论等，综合各方面因素进行分析，这样才能准确地判断变压器雷电冲击试验故障的原因，从而更有针对性地制定相应的故障处理方案。
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论文作者:刘怿昕
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/3/8
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