變壓器過熱故障診斷與維護(hù)

李紅巖　劉宗岐

摘 要：某站一臺110kV運(yùn)行變壓器在一次加做的油色譜預(yù)試中總烴含量出現(xiàn)異常，結(jié)論為裸金屬高溫過熱。經(jīng)過油樣復(fù)試、帶電檢測、停電試驗(yàn)，最終將異常產(chǎn)生的根源鎖定在變壓器磁回路或電回路自身存在的缺陷上，后通過短時間停電、撤油、打手孔檢查，并經(jīng)過對現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)脫落物異常情況的分析，最終通過使用和采取特殊的設(shè)備和手段，將一起突發(fā)異常故障得以消除。

關(guān)鍵詞：變壓器 故障診斷 設(shè)備維護(hù) 鐵芯過熱

前 言

輸變電裝備（輸電線路和變電設(shè)備）既是構(gòu)建電網(wǎng)的主體，又是引發(fā)電網(wǎng)事故的主要源頭。不僅輸變電裝備故障引起的電網(wǎng)重大事故有逐年增大的趨勢，而且直接威脅城市及全社會的公共安全，在2005年全國345個城市共發(fā)生故障停電47034次和2006年全國347個城市共發(fā)生故障停電63276次中，輸電線路、電纜線路、變壓器、斷路器等主要輸變電裝備的故障次數(shù)都占總故障的80%以上[1]。本文將以變壓器為例，參考國內(nèi)有關(guān)經(jīng)驗(yàn)[2]，主要探討變壓器中過熱故障的診斷與維護(hù)工作，并期待著有關(guān)工作能夠與未來的變壓器測試診斷工作平臺結(jié)合起來[3、4]，形成有效的變壓器過熱故障診斷與維持體系。

變壓器運(yùn)行中經(jīng)常會出現(xiàn)內(nèi)部過熱故障，過熱程度有低溫過熱，中溫過熱和高溫過熱，過熱故障的表現(xiàn)有時是緩慢增長，當(dāng)增長到一定程度就會穩(wěn)定在某一個數(shù)值上；有時是突然出現(xiàn)且初始值較高，增長又較快。內(nèi)部過熱故障的出現(xiàn)，雖然不會馬上影響到變壓器的安全運(yùn)行，但發(fā)展下去，特別是對于過熱初始狀態(tài)較高，增長又較快的故障，如果不加以控制和解決，就有可能會出現(xiàn)大的問題，嚴(yán)重時會威脅到變壓器的安全運(yùn)行。

變壓器內(nèi)部過熱故障類型一般主要有電路過熱和磁路過熱兩大部分構(gòu)成。磁路部分的過熱故障大部分又來自于鐵心及夾件多點(diǎn)接地，如：鐵心對地、夾件對地以及鐵心對夾件之間多點(diǎn)接地等，當(dāng)出現(xiàn)多點(diǎn)接地后就會在短路環(huán)中產(chǎn)生環(huán)流，造成過熱故障。該類缺陷的出現(xiàn)，在變壓器不停電的情況下，通?？梢杂勉Q形電流表通過測量鐵心、夾件外接地引下線接地電流的方法，來確定變壓器鐵心及夾件是否有多點(diǎn)接地的產(chǎn)生和嚴(yán)重程度，當(dāng)接地電流超過100mA時，便可認(rèn)為存在多點(diǎn)接地故障且較為嚴(yán)重，一般可采取臨時串接接地電阻減小環(huán)流的手段來降低過熱故障的發(fā)展，然后在考慮安排適當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行停電檢修。本文所談到的過熱故障，是一個具有較為特殊的案例，它不同于上述所列舉常見的多點(diǎn)接地故障，即未使鐵心、夾件絕緣降低，也沒有接地電流產(chǎn)生，是一個發(fā)生在磁路本身上非常少見的過熱故障。

1.變壓器內(nèi)部過熱故障的發(fā)現(xiàn)

該變壓器運(yùn)行變電站地處城市中心，是一座室內(nèi)變電站，變壓器安裝形式為戶內(nèi)，主要供電用戶為居民住宅、商業(yè)和部分重要客戶。為進(jìn)一步做好2008年北京奧運(yùn)會安全供電保障工作，在正常預(yù)試的基礎(chǔ)上，今年對奧運(yùn)重點(diǎn)站的變壓器又增加了油色譜預(yù)試。2008年6月20日在對某重點(diǎn)站4#主變壓器油樣采集油色譜預(yù)試時，發(fā)現(xiàn)該變壓器油中總烴含量756.6μl/l，調(diào)取今年3月28日預(yù)試時油色譜分析報告進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)油色譜總烴含量增長較高、較突然，通過三比值法對總烴含量的組分分析，故障結(jié)論為：變壓器內(nèi)部存在裸金屬高溫過熱缺陷。有關(guān)缺陷前后的兩次油色譜預(yù)試情況詳見表1、表2。

為進(jìn)一步檢查鐵心及夾件是否存在因多點(diǎn)接地產(chǎn)生接地電流而造成的過熱缺陷，檢修人員采用鉗型電流表，對運(yùn)行的變壓器分別對鐵心及夾件接地電流進(jìn)行了帶電測量，測量結(jié)果：無接地電流，因此確定不存在鐵心、夾件之間或?qū)Φ赜卸帱c(diǎn)接地故障。

該設(shè)備是一臺雙線卷有載調(diào)壓自冷降壓變壓器，制造商為國內(nèi)某變壓器廠，變壓器型號：SZ9-50000/110，2004年生產(chǎn)制造，2007年投運(yùn)運(yùn)行。故障發(fā)現(xiàn)前的3月28日變壓器油色譜預(yù)試中未見有異常。

2.變壓器內(nèi)部過熱故障現(xiàn)場電氣試驗(yàn)及初步分析

2008年6月21日結(jié)合4#主變計劃停電機(jī)會，對該變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場外體檢查和電氣試驗(yàn)。外體檢查主要對象是檢查本體氣體繼電器集氣室是否有氣體析出，電氣試驗(yàn)檢查主要對象是磁路和電路兩大部分，項(xiàng)目主要是搖測鐵心及夾件絕緣電阻及測量線圈直流電阻。檢查及試驗(yàn)結(jié)果：氣體繼電器未見有氣體析出。磁路部分絕緣電阻：鐵心對地、鐵心對夾件及夾件對地測量值在7000—10000 MΩ，結(jié)論：絕緣良好，鐵心及夾件未存在多點(diǎn)接地故障。電路部分直流電阻：與出廠試驗(yàn)值和交接試驗(yàn)值都相符，結(jié)論：高、低壓直流電阻未見異常。

根據(jù)現(xiàn)場的檢查和電氣試驗(yàn)，造成過熱故障的產(chǎn)生分析有兩種可能性，一種是鐵心自身出現(xiàn)的短路，一種是本相低壓引線出現(xiàn)的自身短路。

3.變壓器內(nèi)部過熱故障產(chǎn)生原因的查找

該站為室內(nèi)變電站，變壓器戶內(nèi)安裝，若考慮在室內(nèi)對變壓器鉆桶進(jìn)行內(nèi)部查缺、處理，存在很大難度，首先檢查人員無法靠近器身的大部分區(qū)域；若采取變壓器吊罩查缺、處理，雖然較為容易，但必須要將變壓器移到室外，因此停電時間將會增加很多，處缺費(fèi)用也會增加很大，由于故障發(fā)生時間恰逢度夏用電負(fù)荷高峰期間，長時間的停電檢修勢必會給社會帶來很大影響，為了把停電時間降到最低，現(xiàn)場首先制定了第一套查缺方案，撤少量油，將鐵心上部軛鐵露出，再打開油箱上部蓋板，檢查人員采用目檢和利用內(nèi)窺鏡檢查方法，對變壓器器身內(nèi)部各個部位進(jìn)行探測檢查。

檢修人員首先關(guān)閉所有與變壓器本體油箱連接的蝶閥，撤出3噸本體油，使器身上部鐵心露出油面，再打開油箱頂部低壓套管接線手孔蓋板，檢查低壓三相引線是否存在上面所提到的第二種由于自身引線短路造成的過熱缺陷，檢查后未見有異常。檢修人員又對鐵心上軛鐵可視部位進(jìn)行檢查，也未發(fā)現(xiàn)異常，隨后在對上軛鐵夾件進(jìn)行檢查時，檢修人員發(fā)現(xiàn)在B相線圈上部，低壓引出線的上方，軛鐵夾件上部拉板一條固定螺栓的均壓帽遺失。

根據(jù)脫落的位置，檢修人員對脫落均壓帽的下方各個部位及夾件底部手能觸摸到的部位進(jìn)行了檢查，均未發(fā)現(xiàn)脫落遺物。由于現(xiàn)場無法調(diào)取變壓器安裝檢查記錄（處理后對該臺變壓器安裝記錄進(jìn)行了調(diào)取，未發(fā)現(xiàn)有該部件脫落的描述），因此，當(dāng)時無法確定均壓帽是出廠前脫落的，還是運(yùn)行后脫落的（注：該處由于產(chǎn)品在出廠前被緊固后扣封，因此一般現(xiàn)場不會再打開檢查）。后檢修人員調(diào)用美國GE公司生產(chǎn)的XLG3-SYS型工業(yè)內(nèi)窺鏡協(xié)助進(jìn)一步檢查，首先檢修人員有目標(biāo)的把探頭直接伸到脫落點(diǎn)垂直向下的兩個壓釘之間靠近夾件側(cè)，再將探頭放到夾件下方并向內(nèi)延深約120mm的位置，然后調(diào)整探頭角度進(jìn)行180度大搜索，檢修人員通過顯示器對傳回的圖象進(jìn)行觀察，搜索中細(xì)心的檢查人員從屏幕中突然發(fā)現(xiàn)在鐵心上軛鐵的下拉帶附近，鐵心階梯級間有個形狀類似脫落物的部件（詳見圖1），

由于該位置地處非常隱蔽，是鐵心的一個凹陷部位，目測即看不到，人手也夠不著，當(dāng)時借助工器具雖然能夠觸摸到脫落物，但卻無法取出，最后經(jīng)過檢修人員反復(fù)研究，制定出一套有效方案，最終通過采用一種特殊手段，將脫落遺物成功取出。從取出的均壓帽表面可以看出有過熱發(fā)藍(lán)的痕跡（詳見圖2）。

4. 造成變壓器內(nèi)部過熱故障的原因分析

由于先期的油色譜分析結(jié)論為裸金屬高溫過熱，未涉及絕緣這一認(rèn)定，再根據(jù)均壓帽所脫落的位置和均壓帽表面存在的過熱跡象，兩者聯(lián)系到一起分析，較為吻合，因此結(jié)論為：由于脫落的鐵制品均壓帽將鐵心多級鐵之間造成多點(diǎn)短路，使得鐵心自身在短接點(diǎn)之間形成環(huán)流，導(dǎo)致發(fā)熱，該問題是導(dǎo)致此次油色譜總烴含量出現(xiàn)異常的直接原因。再進(jìn)一步通過對均壓帽脫落焊接痕跡的研究分析（詳見圖3），又可確定導(dǎo)致均壓帽脫落的直接原因是由于工廠制造焊接質(zhì)量不良造成。當(dāng)焊接不良的均壓帽經(jīng)過變壓器長時間的運(yùn)行，在鐵心不斷的低頻顫動下和油進(jìn)行冷熱交換的緩慢流動中，最終使該物件脫落。

變壓器消缺后在投運(yùn)前進(jìn)行了短時間的濾油脫氣處理，投運(yùn)時油中總烴含量80μl/l，運(yùn)行24小時和運(yùn)行48小時后，兩次取油樣分別進(jìn)行油色譜分析，詳見表3、表4，總烴含量未再出現(xiàn)增長，此時可以確定內(nèi)部過熱故障消除。

5. 結(jié)束語

此次從故障的發(fā)現(xiàn)、查找到消除，整個過程所用的時間不到36個小時，其中從停電檢修到消缺發(fā)電僅僅用了12個小時。若按原計劃將變壓器移到室外進(jìn)行吊罩檢修的方案進(jìn)行，至少要增加3天的時間，這樣不但會使變壓器停電時間增加很多，而且還會增加很大檢修費(fèi)用。因此通過對該缺陷的發(fā)現(xiàn)、查找和處理，可以得出一個結(jié)論：該缺陷雖然不是一個很常見的故障，但從缺陷的類型和所采取處理的手段上，應(yīng)該說是一個非常特殊且消除故障又是非常成功的案例，值得借鑒。◆

參考文獻(xiàn)：

1. 孫才新. 輸變電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與診斷技術(shù)現(xiàn)狀和前景[J]. 中國電力，38(2), 2005.2:1-7

2. 王昌長，李福琪，高勝友. 電氣設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷. 清華大學(xué)出版社[M]，北京. 2006.3

3. 陳江波,付錫年,聶德鑫,伍志榮.UHV變壓器故障監(jiān)測與診斷的信息決策平臺. 高電壓技術(shù),2006,32(12):108-111.

4. 彭寧云; 文習(xí)山等. 基于線性分類器的充油變壓器潛伏性故障診斷方法. 中國電機(jī)工程學(xué)報. Vol.24.No.6.2004.

作者簡介：

李紅巖，北京市電力公司試驗(yàn)研究院，華北電力大學(xué)在職研究生；

劉宗岐，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授。