一起變壓器內(nèi)部過熱性故障分析

趙 聰，富云飛，盧忠亮，鄭建新

（鞍鋼股份營(yíng)口鲅魚圈鋼鐵分公司環(huán)境與能源部，遼寧營(yíng)口 115007）

1 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)重要設(shè)備之一，它的故障將對(duì)供電的可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。分析溶解于油中的氣體，能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障并可隨時(shí)掌握故障的發(fā)展情況，及時(shí)進(jìn)行整改處理，防止事故擴(kuò)大，保證變壓器長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行，減少不必要的停電。同時(shí)定期對(duì)變壓器內(nèi)部絕緣狀況進(jìn)行健康診斷，有利于設(shè)備的狀態(tài)維修，保證電力供應(yīng)更加安全可靠。本文介紹了一起變壓器內(nèi)部過熱故障案例的診斷全過程。

2 變壓器內(nèi)部氣體分析

鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司某66 kV變電站1#主變于2008年3月投運(yùn)，變壓器型號(hào)為SFZ9-63000/66。投運(yùn)后每年進(jìn)行兩次色譜分析，未發(fā)現(xiàn)該主變內(nèi)部有異常。在2009年10月25日進(jìn)行的例行色譜分析中，發(fā)現(xiàn)變壓器油中的總烴含量高達(dá)183.1×10-6，其含量已超過國(guó)家電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》（以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》）注意值150×10-6。2008年和2009年的常規(guī)色譜分析數(shù)據(jù)詳見表1。從表1可知，2008年的色譜分析數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)，色譜分析數(shù)據(jù)顯示除乙炔氣體沒有變化之外其他氣體都有所增加，特別是總烴含量增長(zhǎng)很快。

表1 2008年、2009年色譜分析數(shù)據(jù)表 ×10-6

為此我們?cè)谥蟮倪B續(xù)4天里，對(duì)該變壓器的色譜進(jìn)行了連續(xù)跟蹤分析，其色譜跟蹤數(shù)據(jù)詳見表2。分析該組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)總烴含量每天都在持續(xù)增長(zhǎng)，這說明在2008年10月25日至2009年4月23日之間，變壓器內(nèi)部故障已經(jīng)在慢慢地逐漸發(fā)展，初步判斷這臺(tái)主變內(nèi)部存在隱性故障。

表2 連續(xù)4天監(jiān)測(cè)色譜分析數(shù)據(jù)表 ×10-6

3 變壓器故障分析與診斷

3.1 故障類型和氣體特征

變壓器等電力設(shè)備涉及產(chǎn)氣的內(nèi)部故障一般分為兩類：即過熱故障和放電故障。

（1）過熱故障。該故障產(chǎn)生的主要?dú)怏w組分是甲烷和乙烯，兩者之和占總烴的80%以上，其次是氫氣和乙烷。如涉及到固體絕緣材料還將產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，其含量明顯增長(zhǎng)。當(dāng)故障點(diǎn)溫度較低時(shí)，甲烷占的比例較大，隨著熱點(diǎn)溫度的升高，乙烯的比例也增大，同時(shí)氫氣含量也會(huì)增加，嚴(yán)重過熱時(shí)還會(huì)出現(xiàn)少量的乙炔氣體。

（2）放電故障。該故障產(chǎn)生的主要?dú)怏w組分是氫氣和乙炔，其次是甲烷和乙烯，但由于故障能量較小，總烴含量一般不會(huì)高。

3.2 故障分析的依據(jù)

對(duì)溶解氣體含量測(cè)定結(jié)果的分析一般按以下六個(gè)步驟進(jìn)行：

（1）將色譜分析的特征氣體含量與《導(dǎo)則》的規(guī)定注意值進(jìn)行比對(duì)。

（2）將色譜分析出的技術(shù)數(shù)據(jù)與上次的色譜分析技術(shù)數(shù)據(jù)作對(duì)比。

（3）用故障特征氣體含量計(jì)算出的產(chǎn)氣速率與《導(dǎo)則》注意值作對(duì)比。

（4）如初步判斷電力設(shè)備內(nèi)部可能存在故障，再用三比值法判斷故障的性質(zhì)。

（5）用產(chǎn)氣速率和平衡判據(jù)法來判斷設(shè)備故障發(fā)展的狀況。

（6）結(jié)合電力預(yù)防性試驗(yàn)的情況和其他精密點(diǎn)檢測(cè)試的方法進(jìn)行綜合分析判斷。

從表2中可看出1#主變油中乙炔沒有出現(xiàn)，氫氣沒有超過注意值，但總烴含量很高，說明不存在放電故障。K=CO2/CO=3756/849的比值為4.4（3＜K值＜7），一般可排除固體絕緣材料的故障。其主要的特征氣體組分是甲烷和乙烯，而且兩者之和占總烴的80%以上，且乙烯含量大于甲烷含量，同時(shí)氫氣含量也相應(yīng)增高，說明故障點(diǎn)的溫度較高，且故障點(diǎn)不涉及固體絕緣材料，可能是裸金屬的過熱。

3.3 故障性質(zhì)的判斷

3.3.1 產(chǎn)氣速率分析

雖然注意值在反映故障時(shí)有一定的參考性，但僅僅根據(jù)注意值的分析數(shù)據(jù)還是不能正確診斷變壓器內(nèi)部故障，還要根據(jù)理論計(jì)算出的產(chǎn)氣速率等方面作進(jìn)一步分析。

以2009年10月25日和2009年10月29日的總烴含量數(shù)據(jù)為例進(jìn)行絕對(duì)產(chǎn)氣速率計(jì)算：

對(duì)照《導(dǎo)則》，變壓器油中總烴含量的絕對(duì)產(chǎn)氣速率注意值：開放式變壓器為6 mL/d，隔膜式變壓器為12 mL/d。而該變壓器油中總烴含量的絕對(duì)產(chǎn)氣速率注意值已達(dá)114 mL/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《導(dǎo)則》中油中總烴含量產(chǎn)氣速率注意值，然而該數(shù)據(jù)又進(jìn)一步證明變壓器內(nèi)部有異常情況。

3.3.2 三比值法分析

在確定變壓器有故障存在時(shí)還應(yīng)用三比值法進(jìn)行分析。

以2009年10月25日的測(cè)量值作為數(shù)值為例：

這三對(duì)氣體比值根據(jù)《導(dǎo)則》改良三比值法計(jì)算，對(duì)照編碼規(guī)定：

C2H2/C2H4＜0.1、CH4/H2=1～3、C2H4/C2H6≥3，判斷編碼組合為：0.22，所對(duì)應(yīng)的故障類型為高于700℃高溫范圍的過熱故障。

3.3.3 故障原因定量分析

根據(jù)《導(dǎo)則》，通過色譜分析油中溶解氣體的成分、特征氣體含量、變化趨勢(shì)、改良三比值法的判斷，過熱原因可能有以下5種情況：（1）分接開關(guān)接觸不良；（2）引線連接不良；（3）鐵芯兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地；（4）鐵心片間短路或被異物短路；（5）部分繞組短路或不同電壓比并列運(yùn)行引起的循環(huán)電流發(fā)熱等等。

3.3.4 結(jié)合電氣預(yù)防性試驗(yàn)判斷故障原因

由于油中溶解氣體產(chǎn)生有時(shí)與運(yùn)行和檢修情況有關(guān)，如冷卻系統(tǒng)的油泵故障、油箱帶油補(bǔ)焊、油流繼電器接點(diǎn)火花、注入油本身未脫凈氣等，因此當(dāng)油中氣體分析認(rèn)為在內(nèi)部故障時(shí)，對(duì)故障的準(zhǔn)確部位將無法確定，所以還要結(jié)合電力預(yù)防性試驗(yàn)來進(jìn)行分析。

在停電的狀態(tài)下，試驗(yàn)人員對(duì)該變壓器測(cè)量了繞組的直流電阻、介質(zhì)損耗和吸收比，結(jié)果無異常，排除了故障點(diǎn)不在電氣回路和主絕緣部位。打開鐵芯接地點(diǎn)，測(cè)量鐵芯對(duì)地電阻，電阻值為0，說明鐵芯有接地現(xiàn)象。

3.3.5 綜合分析判斷故障原因

在經(jīng)過色譜分析和電氣試驗(yàn)后，再結(jié)合油質(zhì)分析結(jié)果和運(yùn)行、檢修情況以及外部檢查等多方面因素，綜合分析判斷故障性質(zhì)為鐵芯多點(diǎn)接地。

4 故障檢查及處理

經(jīng)分析，初步判斷為該變壓器因鐵芯多點(diǎn)接地，導(dǎo)致發(fā)熱、總烴含量異常。為避免故障擴(kuò)大和確認(rèn)故障分析結(jié)果，經(jīng)吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯不銹鋼帶松動(dòng)，致使絕緣熱脫落，使不銹鋼帶與鐵心相碰，在下鐵軛與箱底有金屬屑連接導(dǎo)致短路現(xiàn)象，造成鐵芯多點(diǎn)接地。說明故障分析及判斷基本正確。

故障部位經(jīng)檢修處理，真空濾油后，對(duì)1#變壓器做了全套電氣試驗(yàn)、油質(zhì)化驗(yàn)和色譜分析均合格，經(jīng)驗(yàn)收后恢復(fù)了正常運(yùn)行。同時(shí)根據(jù)《電力預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，色譜分析連續(xù)進(jìn)行1天、4天、10天、30天的跟蹤分析，油中總烴含量已停止增長(zhǎng)，各種氣體含量都在正常范圍內(nèi)，說明故障點(diǎn)已經(jīng)排除。截止到目前為止，該變壓器運(yùn)行良好。

5 結(jié)束語

由于鐵芯多點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致鐵芯局部發(fā)熱，甚至可能燒毀變壓器，釀成嚴(yán)重后果。因此當(dāng)運(yùn)行設(shè)備油中氣體濃度任何一項(xiàng)達(dá)到注意值時(shí)，應(yīng)引起注意，縮短采樣周期，進(jìn)行趨勢(shì)跟蹤分析。通過比較注意值、計(jì)算產(chǎn)氣速率、計(jì)算比較三比值，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行、檢修狀況，判斷設(shè)備有無故障，做出相應(yīng)的處理措施。

當(dāng)判斷為變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行吊芯處理，詳細(xì)檢查內(nèi)部情況，徹底清潔油箱底部的油泥、鐵銹等雜物，并用油進(jìn)行一次全面沖洗，從而保證變壓器油箱內(nèi)環(huán)境良好及安全可靠運(yùn)行。

[1]DL596-2006，電力預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].

[2]DL/T722-2000，變壓器油中溶解氣體和判斷導(dǎo)則[S].

[3]孫堅(jiān)明.電力用油（氣）檢驗(yàn)培訓(xùn)材料[M].北京：國(guó)家電網(wǎng)公司，1996.