由于電壓等級的提高、輸電距離的增長以及輸電線波阻抗和傳播常數的變化、變電容量的加大，使500kV變電站的運行較之于330kV及以下變電站的運行在技術難度上有顯著的增加，由于運行經驗不足，潛在著較大的安全隱患。同時，作為地區的樞紐變電站，500kV變電站承擔著保證地區電網安全的重要任務，其安全性至關重要。本文主要對500kV變壓器常見的圍屏樹枝狀放電故障進行了研究。

變壓器故障分類

變壓器存在的故障，無論是熱性的或是電性的，也無論是內部的還是外部的，都是引發變壓器事故的隱患，變壓器故障的種類很多，一般來說，常見的故障主要可按不同標準分類，如圖1所示：

圖1 變壓器故障分類

（1）磁路中的故障。即在鐵芯及夾件中的故障，其中最多的是鐵芯多點接地故障。

（2）繞組故障。包括線段、縱絕緣和引線中的故障，如絕緣擊穿、斷線和繞組匝、層間短路及繞組變形等。

（3）絕緣系統中的故障。即在絕緣油和主絕緣中的故障，如絕緣油異常、絕緣系統受潮、相間短路、圍屏樹枝放電等。

（4）結構件和組件故障。如內部裝配金具和分接開關、套管、冷卻器等組件引起的故障。

變壓器外部故障主要是變壓器油箱及其附近焊接不良、密封不良，造成滲漏油故障，冷卻系統包括油泵、風扇、控制設備等的故障；分接開關傳動裝置及其控制設備的故障；其他附件如套管、儲油柜、測溫元件、凈油器、吸濕器等的故障。外部故障如果不及時處理，很容易發展成為變壓器內部故障。

500kV變壓器圍屏樹枝狀放電故障

1 故障形成的基本過程

變壓器絕緣是介電系數不同的絕緣油、絕緣紙和紙板串聯的組合絕緣。按照絕緣設計，必須把這些絕緣材料的厚度分配得合理，否則它們將遭受到極大的電應力。在工作電壓下，通常是絕緣油承受較大場強。

因為絕緣紙板及絕緣油的介電系數分別約為5.1和2.2，施于這兩種串聯絕緣材料上的總電壓按同樣厚度的每種材料所承擔的電壓是與各自的介電系數成反比例分配的，即絕緣油中場強是絕緣紙的2.5倍。由于絕緣油電氣強度通常只有油浸紙絕緣的1/3-1/4，所以在油紙組合絕緣中總是首先在油隙中發生局部放電；若絕緣受潮或含有氣泡，則這種局部放電的起始電壓將更低。

由于線段間的長墊塊和撐條等絕緣結構存在棱角，使絕緣棱角處電場畸變，加之圍屏與繞組內側存在突出部分，S彎換位和線匝凹凸不平以及紙板變形的彎曲部分等原因，使局部油道變窄，這樣既可能導致局部過熱，亦可以加劇電場畸變，場強升高。

因此，將會引起在導線棱角處絕緣表面的油隙首先發生放電，接著發展到圍屏紙板上，或引起第二個油隙相繼放電。當夾層不潔，內部滑閃放電就更容易發生，最終在其放電通道上形成樹枝狀的炭化溝道。

2 故障形成的內部原因

（1）絕緣受潮

干燥的油隙和紙板圍屏絕緣結構的抗電強度是很高的，油浸絕緣紙板受潮后，其抗電強度大為降低。變壓器運行經驗證明，在變壓器油泵和導管以及各結合面密封均良好的情況下，只有C相側的安全氣道和吸濕器是潮氣入侵的主要途徑。

當潮氣從這一途徑進入油箱內部后，在溫度降低時，油中的濕氣會凝成游離水，從而沉積于箱底。這也就是在安全氣道對應的油箱底部常常可見到較多銹跡的緣由。

在強油循環系統中，當負荷大，油泵和冷卻器全部投入時，AB相間和BC相間將各自進行油循環。由于對應于安全氣道的C相進潮，所以BC相間是濕油循環，加速了該循環途徑上的墊塊和圍屏紙板的受潮。因此，在BC相間，油和紙板的抗電性能降低是顯而易見的。這就是樹枝狀放電多發生在BC相間的主要原因。

（2）絕緣含氣

氣體將使放電起始場強大大降低，特別是當變壓器含氣量高，且有潮氣侵入時，因為圍屏紙板表面附著含濕氣泡，或者紙板夾層鼓包、分層而存在含濕空穴時，將更易導致形成樹枝狀放電現象。

3 故障形成的外部原因

（1）相間絕緣薄弱且布局欠合理

在變壓器長時間運行中，相間和相對地的平均工作場強是有一定差異的，通常相間平均工作場強高于相對地的。在變壓器設計時，若把相間與相對地的絕緣取相同水平，則從結構上相間絕緣水平就較低。在運行中，若有一相遭受過電壓作用，則相間結構的絕緣水平就更低，這顯然是不合理的。

（2）繞組首端支出的長墊塊位置和形狀不合理

在發生圍屏樹枝狀放電故障的變壓器中，在繞組首端和上、下分接斷口處，采用矩形墊塊來支撐圍屏紙板。該長墊塊前沿的兩個尖角頂住圍屏紙板的兩點，受圍屏緊固時的機械損傷和高電場的作用而導致接觸處易燒傷，而且往往在長墊塊的表面或夾層內形成樹枝狀放電痕跡。

案例分析

1 故障現象

對有載分接開關滲油進行檢修，修剪前DGA檢測C₂H₂為1.2UL/L，修后當施加1.3倍額定電壓測量中壓側局部放電時，加壓4min，內部有由小變大的絲絲聲，試驗用發電機電流劇增。A相繞組的介質損耗比其他兩相增大1倍以上。

2 故障檢查實況

吊罩發現高壓繞組上端部在低壓出線左側紙板和撐條上有樹枝放電炭道。吊出高壓繞組發現其內側1-47段間導線上有11個擊穿點；對應其故障點的3mm紙板都有不同程度的擊穿點和樹枝放電炭道；紙板繃帶多處有放電點，9根油道撐條亦有放電痕跡。中壓繞組第5段墊塊邊緣有一擊穿點。

3 故障原因分析

制造工藝不良，撐條邊沿毛糙，未倒圓角，絕緣件上和角環內有金屬粉末和雜質。損壞嚴重的3mm紙板含水量為1.98%。導致故障的主要原因為工藝粗糙、絕緣不潔和受潮以及油中氣泡等，使紙板發生樹枝狀放電，并引發由高壓繞組端部區域向中壓發展。

4 故障處理

高壓繞組經國內制造廠仔細修補，繼續使用，更換全部高、中壓間紙板，器身整體進行了熱油沖洗和渦流真空干燥。檢修后經升壓和局部放電試驗合格后投入運行。

結論

圍屏樹枝狀放電故障是500kV變壓器運行中出現頻率較高的故障之一，其具有影響范圍廣、危險性大的特點。因此，在500kV變壓器運行中，值班人員應重點關注相關指標的變化，熟悉故障處理流程，以保證500kV變壓器的可靠運行。

（編自《電氣技術》，作者為羅虎、史義。）