110 kV主變壓器鐵心故障原因分析及處理

王海濱，侯向紅，賈云勝

( 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司滄州供電分公司，河北滄州061000)

某110 kV變電站2號(hào)主變壓器型號(hào)為SFSZ10-50000/110，2005年3月投運(yùn)，該主變壓器的鐵心和夾件均通過(guò)小套管引出至變壓器外部，分別接地。2006年該變壓器因鐵心多點(diǎn)接地進(jìn)行吊罩處理，處理后油色譜數(shù)據(jù)正常，其他試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)合格。該變壓器所帶負(fù)荷內(nèi)有一鋼廠，諧波嚴(yán)重，造成變壓器振動(dòng)厲害，2009年9月再次吊罩，并進(jìn)行了緊固墊塊、圍屏等處理，吊罩處理后至2010年3月9日期間帶電取油樣，油色譜分析數(shù)據(jù)正常。2010年10月19日，對(duì)該主變壓器進(jìn)行常規(guī)油中溶解氣體色譜檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)異常，對(duì)該變壓器進(jìn)行跟蹤分析，確定試驗(yàn)數(shù)據(jù)可信，說(shuō)明變壓器存在缺陷，決定進(jìn)一步進(jìn)行故障原因分析及處理。

1 原因分析

1.1 油色譜試驗(yàn)分析

2010年10月19日對(duì)該主變壓器進(jìn)行油色譜試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2體積分?jǐn)?shù)均有明顯上升趨勢(shì)，其中總烴(C1+C2)體積分?jǐn)?shù)由2010年3月9日檢測(cè)的16.1 μL/L增加至2010年10月19日檢測(cè)的231.6 μL/L，首次超過(guò) 150 μL/L的注意值，C2H2的體積分?jǐn)?shù)為2.9 μL/L(注意值為5 μL/L)。變壓器油色譜數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 變壓器油色譜數(shù)據(jù) μL·L-1

試驗(yàn)日期φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(CH4)2009-09-16(大修后)-41.90172.800.702010-03-098.50161.30768.407.002010-10-1974.40232.701 252.0096.402010-10-26(空載后)78.30204.301 056.3081.602010-10-2970.00234.501 245.3081.202011-03-1776.00289.601 156.7086.202011-07-1257.50247.501 417.1080.302012-12-05(返廠后跟蹤)2.0235.30367.481.43試驗(yàn)日期φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)φ(C1+C2)2009-09-16(大修后)1.901.400.204.202010-03-096.602.100.4016.102010-10-19115.9016.402.90231.602010-10-26(空載后)105.3015.602.90204.402010-10-29113.6017.303.00215.302011-03-17108.1016.702.70213.702011-07-12104.3013.202.50200.402012-12-05(返廠后跟蹤)1.601.430.483.94

以表1數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算可得總烴絕對(duì)產(chǎn)氣速率0.99 mL/h(注意值為0.5 mL/h)，總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率191.2%(注意值為10%)。按照DL/T 722-2000《變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則》[1]推薦的三比值法，計(jì)算三比值編碼為“022”，故障氣體成分主要是甲烷和乙烯，二者之和占總烴的91%，初步判斷變壓器內(nèi)部存在高溫過(guò)熱故障點(diǎn)，溫度一般為700～1 000 ℃，產(chǎn)生原因一般有以下幾種：

a. 鐵心存在多點(diǎn)接地，導(dǎo)致鐵心局部過(guò)熱，一般可通過(guò)接地電流測(cè)試判斷。

b. 分接開(kāi)關(guān)接觸不良，引線及繞組接頭部分接觸不良或焊接部分松動(dòng)，一般可通過(guò)直流電阻測(cè)試判斷。

c. 鐵心的片間、級(jí)間等部位存在部分短路或漏磁環(huán)流等情況。四比值法中φ(CH4)/φ(H2)=1～3、φ(C2H6)/φ(CH4)<1、φ(C2H4)/φ(C2H6)>3、φ(C2H2)/φ(C2H4)<0.5,判斷為“鐵件或油箱出現(xiàn)不平衡電流”[2]。將該主變壓器空載運(yùn)行一段時(shí)間，同時(shí)監(jiān)視油色譜數(shù)據(jù),特征氣體的體積分?jǐn)?shù)稍有減小，但變化不大，恢復(fù)負(fù)荷后，特征氣體的體積分?jǐn)?shù)也沒(méi)有明顯增加,說(shuō)明油中特征氣體的產(chǎn)生受負(fù)荷電流大小的影響較小，過(guò)熱故障可能存在于鐵心中。

1.2 電氣試驗(yàn)分析

查詢?cè)撝髯儔浩髯罱耐ｋ婋姎庠囼?yàn)情況。2010年3月16日停電進(jìn)行了以下電氣試驗(yàn)：測(cè)量變壓器各側(cè)繞組全分接直流電阻值與初值相符，三相不平衡率在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)；變比試驗(yàn)，所有繞組電壓比與交接及出廠值相符；介質(zhì)損耗及電容量試驗(yàn)，繞組變形測(cè)試，各繞組及鐵心絕緣電阻均良好，未發(fā)現(xiàn)異常[3]。以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)，高、中、低壓三側(cè)繞組均正常，經(jīng)查實(shí)，該主變壓器從試驗(yàn)完成投運(yùn)至2010年10月19日期間未經(jīng)受?chē)?yán)峻的運(yùn)行工況。

根據(jù)各方面檢測(cè)結(jié)果綜合分析，基本可以排除繞組故障的可能性。近幾個(gè)月鐵心在運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)得最大接地電流為0.6 mA，證明鐵心不存在多點(diǎn)接地產(chǎn)生環(huán)流現(xiàn)象。通過(guò)排查,證實(shí)了不是分接開(kāi)關(guān)接觸不良引起的過(guò)熱。通過(guò)紅外測(cè)溫，未發(fā)現(xiàn)明顯的過(guò)熱點(diǎn)，可排除漏磁環(huán)流引起油箱發(fā)熱的故障。因此認(rèn)為鐵心局部短路產(chǎn)生環(huán)流發(fā)熱是導(dǎo)致主變壓器故障的主要原因。

1.3 變壓器吊罩檢查

為徹底地檢查、消除故障，于2012年9月對(duì)該主變壓器進(jìn)行了返廠檢查和處理，吊罩前，拆開(kāi)鐵心接地引線，用2 500 V兆歐表測(cè)量，其對(duì)地絕緣良好，吊罩后，檢查發(fā)現(xiàn)鐵心油道過(guò)橋(插入鐵心的銅片)有擊穿點(diǎn)，有高溫過(guò)熱燒傷、燒黑變色現(xiàn)象。拆開(kāi)鐵心油道過(guò)橋聯(lián)片，用2 500 V兆歐表測(cè)量?jī)蓚?cè)鐵心之間無(wú)絕緣。進(jìn)一步將變壓器器身與下節(jié)油箱脫開(kāi)，依次拆開(kāi)鐵心下墊腳，測(cè)量油道之間仍舊無(wú)絕緣，懷疑絕緣在鐵心的上部。依次拆解器身高低壓上夾件，檢查上夾件與鐵心之間的絕緣，未發(fā)現(xiàn)異常，用絕緣木條將鐵心從油道處分開(kāi)，測(cè)量絕緣仍舊為零。將鐵心分解檢查，采用電焊機(jī)電流擊穿的辦法，將接觸點(diǎn)打開(kāi)，發(fā)現(xiàn)接觸點(diǎn)在鐵心柱W相中部與油道搭接處部位。依次拆解鐵心上軛，將鐵心油道片取出，發(fā)現(xiàn)拉弧放電痕跡及擊穿點(diǎn)，并有燒灼痕跡。故障的兩極鐵心間硅鋼片有過(guò)熱變色現(xiàn)象，鐵心片與上軛油道絕緣鐵心接觸處有卷邊現(xiàn)象(如圖1所示)，硅鋼片邊角翹起將兩段鐵心短接，造成虛接，同門(mén)形銅帶形成環(huán)形閉合回路，回路感應(yīng)出電勢(shì)，造成虛接處放電，以致鐵心油道之間無(wú)絕緣。因此，判斷鐵心片間短路是變壓器故障的主要原因。

圖1 鐵軛油道側(cè)硅鋼片

而變壓器鐵心片間短路的直接原因是該主變壓器在制造過(guò)程中，由于當(dāng)時(shí)硅鋼片絕緣工藝欠佳遺留下來(lái)的隱患所致，壓接不夠好，鐵心絕緣油道處的硅鋼片在疊片過(guò)程中，接縫和邊緣處很容易產(chǎn)生變形和翹起形成油道間短路。出廠試驗(yàn)時(shí)片間絕緣尚未破壞，級(jí)間沒(méi)有短路，所以出廠試驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。由于運(yùn)輸、安裝、投運(yùn)前沖擊合閘試驗(yàn)、停運(yùn)、負(fù)荷變化時(shí)，變化的電動(dòng)力沖擊以及運(yùn)行過(guò)程中的鐵心輕微振動(dòng)，硅鋼片的尖角未很好壓住而蹺起與另一側(cè)硅鋼片相碰接通形成回路，一開(kāi)始偶爾短接硅鋼片，發(fā)生火花放電產(chǎn)生乙炔等特征氣體。隨著運(yùn)行時(shí)間推移，翹起的尖角直接搭接在本應(yīng)絕緣的對(duì)側(cè)鐵心上，在兩段鐵心之間由聯(lián)片和短接點(diǎn)之間構(gòu)成鐵心內(nèi)部環(huán)路。短路包圍的鐵心面積很大，磁通很多，容易產(chǎn)生較大的短路循環(huán)電流，引起高溫過(guò)熱，接觸點(diǎn)周?chē)捅涣呀猓纬缮鲜龈鞣N特征氣體，產(chǎn)生的熱量使總烴不斷上升，這也就是色譜分析總烴升高并一直伴有乙炔產(chǎn)生的原因。該臺(tái)變壓器通過(guò)解體檢查和鐵心拆片驗(yàn)證，完全證實(shí)了鐵心存在片間短路故障，同時(shí)也說(shuō)明油色譜及電氣試驗(yàn)的初步分析和判斷是正確的。

2 處理措施及效果

2.1 處理措施

a. 更換油道之間的絕緣撐條和損壞的鐵心片，有效防止油道中部硅鋼片疊片邊角翹起將油道短路。

b. 建議變壓器鐵心絕緣油道處的硅鋼片在疊制中靠近絕緣油道側(cè)的接縫位置加墊絕緣紙板，降低損耗，增加防止鐵心短路的必要測(cè)試手段。

c. 工作人員應(yīng)提高設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、檢修管理水平，把好輸變電設(shè)備驗(yàn)收關(guān)及運(yùn)行監(jiān)督關(guān)，結(jié)合狀態(tài)檢修工作開(kāi)展設(shè)備評(píng)估，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的問(wèn)題，及時(shí)消除隱患。

2.2 處理效果

該臺(tái)主變壓器檢修投運(yùn)后，油道絕緣值在5 000 MΩ以上，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并對(duì)該臺(tái)主變壓器做全項(xiàng)出廠試驗(yàn)，鐵心短路環(huán)流故障消除，試驗(yàn)結(jié)果均正常。隨后進(jìn)行了油色譜數(shù)據(jù)跟蹤分析，其中總烴體積分?jǐn)?shù)為3.94 μL/L(注意值為150 μL/L)，C2H2的體積分?jǐn)?shù)為0.48 μL/L(注意值為5 μL/L),數(shù)據(jù)正常，目前，該主變壓器運(yùn)行情況良好。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)油色譜數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)變壓器異常情況，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電氣試驗(yàn)、設(shè)備返廠解體，找到了鐵心短路故障部位及原因，并進(jìn)行處理，避免更嚴(yán)重事故的發(fā)生，確保了變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] DL/T 722-2000，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

[2] 操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[3] Q/GDW 04-1063-2012-10500，輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].