进口超高压变压器、电抗器运行情况分析

傅锡年   朱建新   任晓红
国家电力公司武汉高压研究所

从平武工程1981年12月投运算起，历经廿年发展，我国的超高压输变电工程建设已取得长足进步。据不完全统计，截至2000年12月，已经投运的124座500 kV变电站（含发电厂升压站）中，正在运行的500 kV变压器总台数为713台（单相602台，三相111台），总容量为188078MVA；500 kV并联电抗器230台，总补偿容量为11230Mvar。其中，进口变压器台数386台（单相326台，三相60台），容量108019MVA，进口电抗器台数88台，补偿容量4400Mvar。进口变压器占在运500 kV变压器的台数比为54.1%，容量比为57.4%；进口并联电抗器占在运500 kV并联电抗器台数比为38.3%，补偿容量比为39%。

西北330 kV电网106台变压器中，进口变压器仅有由罗马尼亚和奥地利以易货贸易方式进口的5台电力变压器1375MVA，所占比例较小。电抗器也主要采用国产设备，故主要分析500 kV进口变压器、电抗器的运行情况。

从1986年至今的不完全统计，在运的500 kV变压器累计发生事故45台次，涉及变电容量13703MVA，其中，进口变压器事故28台次，涉及变电容量8840MVA。500 kV并联电抗器累计发生事故7台次，其中进口并联电抗器6台次（集中在同一厂商的商品上）。国产变压器事故多发生在投运初期，从1994年以来发生的500 kV变压器、电抗器事故中，近80%是发生在进口变压器、电抗器上，其中不乏一些恶性烧损事故，对电网安全运行构成一定威胁。尽管大多数进口变压器、电抗器的运行业绩是好的和比较好的，但上述这些事故和存在着的各种缺陷和障碍，使我们对从某些国家厂商进口变压器、电抗器的运行可靠性的期望值大打折扣。

分析进口变压器事故原因，可大致分为以下几种类型：

1、抗短路能力差，外部短路时变压器损坏，6台次；

2、套管外绝缘闪络事故，4台次；

3、附件质量欠佳，尤以套管和与之配套的引线成型绝缘件损坏为甚，7台次；

4、特高频操作过电压，3台次；

5、油中产生乙炔，停运局放试验中绝缘击穿，3台次；

6、套管引线接头过热熔断，2台次；

7、雷击损坏，1台次；

8、投运时，冲击合闸不久即损坏，2台次。

以上原因中，除少数因用户运行维护不当造成的事故之外，大多数为产品制造质量不良而引发的。尤以套管及与之有关引线绝缘部件、导电连结件的损坏事故为甚（达14台次之多，占进口变压器事故的一半）。抗短路能力不够和特高频操作过电压次之。

除上述事故之外，还存在一些缺陷和障碍类型：

1、有载开关障碍，8台次；

2、运行中发现有油流带电现象，2台次；

3、内部局部过热、色谱超标18台次；

4、套管故障（色谱超标、接头过热、油压异常、法兰裂纹），6台次；

5、油中发现少量乙炔，2台次；

6、其它附件质量不良（油流继电器损坏），1台次。 

以下是各制造厂商500 kV变压器运行业绩统计：  

因为事故性质不一样，不能简单就事故台次数和百台RH 事故率分析各厂家的设备运行可靠性，以下就上述厂商的设备典型事故做一简要归纳分析：

日本日立公司存在的主要问题是：一组三台单相120MVA的联络变压器，轮番四台次在安装地点（神头一电厂）220 kV侧外部短路时损坏，明显是动稳定性能不良造成的；另一台安装在葛洲坝的300MVA发电机升压变在大雨中高压外瓷套闪络，其次还存在分接开关筒渗漏油的故障。

法国阿尔斯通公司存在的主要问题是：安装在沙角A厂的一台360MVA发电机升压变，安装在广东增城的1台250MVA单相变压器，先后发生高压套管爆炸事故，后一次事故还引发了变压器着火；另一台安装在从化抽水蓄能电站的340MVA发电机升压变，运行中发现色谱超标，检查（局放试验）时发现C相高压引线附近的绝缘件有树枝状放电；还有一次事故是发生在河南姚孟电厂运行多年的一台250MVA单相联络变，高压套管下部引线与接头间烧断，接头锡焊，后改为银焊。

英国皮布尔公司安装在广东从化抽水蓄能电站的一台360MVA发电机升压变在第二次冲击合闸3分钟后，即发生事故，放电点在B相高压套管下端均压罩对铁心放电；同一型号规格的另一台升压变，安装在天荒坪抽水蓄能电站，运行时间不长即在空载运行无任何操作时烧毁，解体检查A相高压线圈发生匝间短路并发展成对地短路，怀疑是如同大亚湾核电站日本三菱公司的两台900MV联变一样，存在特高频过电压现象。

日本东芝公司变压器发生的事故主要是高压套管外绝缘性能不佳引起的，分别发生在江苏任庄站（二台次）和无锡斗山站，原因主要是套管用小而密的瓷裙，虽满足了爬电比距，但忽视了弧闪距离对伞裙形状的要求，故发生了雨中闪络，加装硅橡胶增爬裙运行年久容易失效。另一次事故发生在重庆陈家桥站250MVA单相联变，运行时油中乙炔超标，停运后做局放试验时内部击穿。

日本富士公司安装在葛州坝电厂的一台360MVA联络变压器，冲击合闸后一小时即发生事故，C相中压分接引线对B相围屏发生沿面放电，直至对B相高压引线相间击穿短路，原因是设计尺寸过于紧张，裕度小。

德国西门子公司发生的两起变压器事故，一次是套管事故，发生在山东邹县电厂167MVA的一台单相联络变压器（A相）上，一台是有载分接开关事故，发生在上海南桥换流变极LB相。

英国GEC公司所发生的二台事故是，装在广东沙角C电厂的一台716MVA升压变，运行中发生事故，解体检查是B相高压线圈引线对调压线圈短路，怀疑是雷击损坏。另一次是大亚湾核电站一台375MVA单相升压变，运行中由于低压外部引线熔断事故造成停机。此外大亚湾7台同型号升压变均程度不同地存在低温过热故障。

奥地利伊林公司二台次变压器事故均发生在装于山西神头二电厂的二组3×210MVA主变上，一次是高压套管均压罩螺丝外露尺寸过长，造成套管底部接线处放电烧损，套管损坏；一次是因二次回路误动，造成非同期并列，变压器不能承受过饱和励磁电流，高低压线圈变形，高压出线对低压I段放电绝缘击穿，动稳定性能不够造成的。

乌克兰扎布罗热变压器厂的一台250MVA单相联络变，安装于汉阳玉贤变，由于运行中发现有少量乙炔，检修后进行局放测量，电压加至1.3UN，4秒钟即听到内部有异常声响，由小变大，解体检查发现高、中压之间在上铁轭之间部分的撑条和围屏有爬电痕迹导致击穿。

日本三菱公司除上述大亚湾联变的两次事故之外，近来又在江门站发生了一次250MVA联变（B相）第三绕组外部短路损坏事故。

相对变压器而言，并联电抗器线圈的绝缘结构是比较简单的，它只有一个高压线圈，且一般不设分接抽头，无二次抽能线圈。因此突发性的绝缘损坏事故率较低，但大量问题发生在夹件、磁路和屏蔽之上，局部过热、振动噪音过大以及由此而引发的故障率较高。以上分析对国产进口的并联电抗器都是适用的。例如：国产电抗器迄今为止，保持线圈主绝缘无事故的记录，但无独有偶，进口意大利ABB（ANSALDO）并联电抗器，近年来在繁昌站（三台次）、淄博站、娄底民丰站连续发生了五台次电抗器匝间绝缘事故，事故性态、部位几近相同，使我们产生了疑问：同一厂家的高压并联电抗器，在不同运行地点，重复发生同一性质的故障，这决不是偶发的事故，而是带有一定的设计、工艺缺陷原因。该厂的另一台电抗器在广西平果变电站发生过高压套管下部引线外均压球透过多层绝缘成型件向油箱壁闪络放电事故。绝缘纸板全部散落，套管端部瓷套表面也有几处放电。属于一起套管和与之相关的绝缘成型件的事故。

不久前电力系统的专家在一次电抗器专题研讨会上指出，无论是进口或国产超高压并联电抗器，除了以上不应该发生的匝绝缘事故和个别台次的套管事故之外，电抗器的大量问题表现在：

1、器身内部局部过热问题仍比较突出；

2、油中氢气含量高；

3、油中含有乙炔，存在放电性故障；

4、油面温升较高，需改进散热系统；

5、附件质量不佳，套管问题尤为突出；

6、振动大、噪声高、渗漏油问题在某些产品上反映集中，四川洪沟站处理俄罗斯莫斯科电工厂的四台电抗器振动大，色谱不良的障碍就是最新的例证；

7、运输安装过程中发现器身移位，铁心多点接点故障，安装中引线根部过度受力损坏等；

8、工厂工艺管理不严格，发现螺栓未上紧，气隙未垫平等不应该出现的问题；

9、随运行年代的推移，部分早期投运的产品存在振动加剧，金属连线疲劳断裂，结构件移位，绝缘老化，表计失灵等故障，急需进行恢复性大修或更新。

以上分析了进口超高压变压器电抗器的运行情况，由于种种原因，这种分析是建立在对已经发生的事故和故障所表现出的共性问题的基础之上，难以对每一次故障原因进行深入的调查研究。但仍不难得出以下结论：

1、某些厂商的变压器、电抗器事故率较高，而且是同类型故障重复发生，除了设计、制造原因之外，还存在产品及其主要部件技术条件提得不够合理，不够全面的问题，忽视了某些重要的技术指标，或者存在与相关设备的配合上考虑不周的地方，需引起重视。不能片面强调价格等因素，忽略了制造厂生产同类产品的经验。应总结研究进口设备订货技术条件的合理性。

2、套管以及和套管相关的成型绝缘件、导电连接件的故障比例高。应从标准、内外绝缘水平的选择和配合以及安装、运行维护的角度认真研究套管问题，特别是对作为新品种、新结构的干式套管，油­-----气过渡套管、低压大电流套管，应积累运行经验。

3、应十分重视防止超高压变压器电抗器绝缘受潮的问题，特别是对处于表层的围屏和其它绝缘件纸板中含水量的控制，防止在运行和安装检修过程中受潮（哪怕是表层受潮）而得不到有效的干燥处理，带电后出现纸板沿面放电故障。

4、不但要重视大容量变压器的运输冲撞，防止其结构件位移损坏的问题，对轴向压紧结构薄弱的并联电抗器，也应重视运输冲撞位移的问题。尽管它们的运输吨位不象大容量变压器那样大，但实践经验告诉我们，受冲撞后问题也会很严重。

5、对诸如油流带电、特高频过电压等目前认识不清的技术问题，应加强研究。

6、油中气体含量的色谱分析，对超高压变压器电抗器的运行监视十分重要，应提高色谱测量的准确性和精确度，同时有针对性地开展对运行设备故障在线监测有效手段的研究，例如油色谱、红外测温、局放（声—电联合）、振动和噪声的分析测量等在线监测装置和技术的研究和应用。

7、提高变压器抗短路能力，是电力系统十分关注的一大问题，国产、进口设备概莫能外。它不象变压器的其它性能，可以在出厂例行试验或型式试验中受到检验，而是要通过设计计算和全过程的工艺控制和质量管理来实现的。目前能进行的也仅是在特定产品上进行的验证性突发短路试验。用户需要得到的不仅仅是一种承诺，而是实实在在的对产品动稳定性能的保证，此点对超高压变压器尤为重要。