關(guān)于110kV變電站主變故障的診斷與處理

【摘要】110kV變電站在城市電力網(wǎng)中的地位很重要，而主變是變電站中最重要的變壓器。為了保障城市供電的可靠性，需要對(duì)主變故障作出及時(shí)準(zhǔn)確的診斷和處理，以避免故障影響范圍擴(kuò)大。本文針對(duì)主變常見(jiàn)故障的類(lèi)型、原因及診斷、處理方法進(jìn)行了闡述，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】變壓器；故障診斷；故障處理；110kV變電站

110kV變電站是城市電力網(wǎng)中的重要變電站，隨著城市用電負(fù)荷的不斷增加，很多110kV變電站已設(shè)在城市中心區(qū)域。主變是變電站中的總降壓變壓器，容量大，保護(hù)水平高，然而變壓器運(yùn)行過(guò)程中受到各種因素的影響難免會(huì)發(fā)生故障，一旦處理不及時(shí)演變?yōu)槭鹿?，則會(huì)對(duì)城市供電造成較大影響，所以主變故障的正確診斷與處理是變電站運(yùn)行維護(hù)工作中非常重要的內(nèi)容。鑒此，本文針對(duì)110kV變電站主變常見(jiàn)故障的診斷與處理進(jìn)行了分析和探討。

1.主變常見(jiàn)故障與原因分析

1.1故障類(lèi)型

變壓器故障一般可分為一類(lèi)故障和二類(lèi)故障，前者是變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)的必須經(jīng)過(guò)停電檢修才能消除的故障；后者是在計(jì)劃?rùn)z修或預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的可繼續(xù)運(yùn)行到檢修期再處理的故障。一類(lèi)故障應(yīng)從變壓器設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行維護(hù)等方面查找原因并進(jìn)行改善，二類(lèi)故障應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與維護(hù)，避免故障惡化。

按照變壓器故障現(xiàn)象區(qū)分，可分為過(guò)熱故障、聲音故障、絕緣故障、短路故障等幾種類(lèi)型。如果按照變壓器故障部位劃分，有繞組故障、鐵芯故障、分接開(kāi)關(guān)與套管故障、散熱器與油箱故障以及變壓器油質(zhì)劣化或滲漏故障等類(lèi)型。按照變壓器回路分類(lèi)，分為油路故障、電路故障和磁路故障等類(lèi)型。

1.2故障原因

電力變壓器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，發(fā)生故障的原因也往往較為復(fù)雜，不容易一下判明故障類(lèi)型和原因，從而影響了故障及時(shí)排除。以過(guò)熱故障為例，它主要是由發(fā)熱異常或散熱不良引起，而發(fā)熱異常又可能是電流異常或電阻異常引起，電流異常是由環(huán)流或渦流引起的。散熱不良可能因?yàn)橛偷蓝氯?，也可能是冷卻裝置風(fēng)道堵塞或其他問(wèn)題。過(guò)熱可以發(fā)生在鐵芯、繞組、油箱及金屬接觸部件等多個(gè)部位。過(guò)熱還可能是由于運(yùn)行原因或其他原因引起，如過(guò)負(fù)荷運(yùn)行等。實(shí)際上過(guò)熱故障常與絕緣故障、短路故障同時(shí)出現(xiàn)，很多時(shí)候難以準(zhǔn)確定性究竟屬于哪一類(lèi)。因?yàn)楣收系南嗷ビ绊懞完P(guān)聯(lián)，如高溫過(guò)熱會(huì)引起絕緣劣化，導(dǎo)致絕緣放電或擊穿，然后進(jìn)一步發(fā)展形成短路故障；短路故障又會(huì)誘發(fā)變壓器過(guò)熱故障。因此，對(duì)于變壓器故障及時(shí)而準(zhǔn)確的診斷就顯得尤為重要了。

2.主變故障診斷與處理方法

2.1故障診斷方法

變壓器故障診斷，即根據(jù)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)或異?，F(xiàn)象作出分析判斷。目前，對(duì)變壓器故障診斷主要采取的方法[1]有：（1）預(yù)防性電氣試驗(yàn)，即作為一種預(yù)防措施，為發(fā)現(xiàn)變壓器隱患而進(jìn)行的檢查、試驗(yàn)或監(jiān)測(cè)，主要檢查及試驗(yàn)的項(xiàng)目有油中溶解氣體色譜分析、繞組直流電阻、繞組絕緣電阻與吸收比、繞組與套管tgδ、絕緣油試驗(yàn)等30余項(xiàng)；（2）特征氣體法，即利用變壓器油中特征氣體CN4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO、CO2的類(lèi)型和含量來(lái)判斷故障類(lèi)型；（3）特征氣體比值法，它是利用關(guān)鍵的特征氣體組分之間的比值來(lái)判斷故障，目前有IEC三比值法、四比值法、改良三比值法、日本電協(xié)研法及無(wú)編碼比值法等；（4）人工智能法，它是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)及變壓器故障診斷領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)，通過(guò)模擬人類(lèi)思維以靈活的診斷策略判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)、故障類(lèi)型，并作出檢修決策，目前人工智能法有模糊診斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、免疫算法、遺傳算法、專(zhuān)家系統(tǒng)法等。

故障診斷分為定期診斷和連續(xù)監(jiān)控兩種類(lèi)型。定期診斷主要是功能性診斷，在變壓器新裝或檢修后進(jìn)行的診斷，預(yù)防性電氣試驗(yàn)就是一種定期診斷方法。連續(xù)監(jiān)控主要是在線監(jiān)測(cè)，是運(yùn)行診斷的主要方法。智能變電站或無(wú)人值守變電站都需要有在線監(jiān)測(cè)手段。目前，變壓器在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括油中溶氣在線監(jiān)測(cè)、油色譜在線監(jiān)測(cè)、繞組熱點(diǎn)與變形在線監(jiān)測(cè)、油中微水在線監(jiān)測(cè)、油性能指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)、漏油在線監(jiān)測(cè)、鐵芯在線監(jiān)測(cè)、局放在線監(jiān)測(cè)等。

2.2故障處理方法

故障處理是在故障診斷的基礎(chǔ)上采取減輕或消除故障的措施。處理可采取維護(hù)和檢修兩種措施。以變壓器過(guò)熱為例，如果是過(guò)負(fù)荷引起，應(yīng)通過(guò)降低負(fù)荷來(lái)解決；如果是環(huán)境溫度過(guò)高（如超過(guò)40℃），應(yīng)采取降低負(fù)荷和加強(qiáng)散熱進(jìn)行解決；如果是漏油導(dǎo)致油位下降，應(yīng)補(bǔ)油到油位；散熱設(shè)備問(wèn)題，如冷卻管結(jié)垢，則應(yīng)消除積垢；如果是內(nèi)部過(guò)熱故障，則須抽取油樣進(jìn)行檢測(cè)和診斷。當(dāng)故障或缺陷無(wú)法通過(guò)維護(hù)加以消除時(shí)，就需要通過(guò)檢修進(jìn)行修復(fù)。傳統(tǒng)上檢修采用計(jì)劃?rùn)z修法，并分為大修和小修，大修需要吊芯或吊開(kāi)鐘罩進(jìn)行檢查和修理，小修則無(wú)需解體。但傳統(tǒng)的計(jì)劃?rùn)z修有局限性，主要是監(jiān)測(cè)手段不完善，檢修常帶有一定的盲目性。隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的提高，特別是在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，采用狀態(tài)檢修法效益更好。狀態(tài)檢修，即根據(jù)變壓器狀態(tài)綜合評(píng)估結(jié)果確定檢修方案。

3.主變故障診斷與處理實(shí)例

某地110kV變電站主變型號(hào)為SFSZ9-31500/110，其套管型號(hào)為BRDLW-110/630。故障期間連日降雨，雨量達(dá)到37mm。110kV線路零序Ⅰ段保護(hù)連續(xù)跳閘，6次重合成功。第7次跳閘，重合不成功。發(fā)現(xiàn)#1主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，有差動(dòng)及輕瓦斯信號(hào)，并且主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)全部跳閘[2]。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，變壓器繞組、套管的絕緣電阻、介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)均符合規(guī)程要求，與歷史數(shù)據(jù)相比也無(wú)明顯變化。直流電阻測(cè)試，B、C相繞組正常，高壓側(cè)A相顯示斷線。采用頻響法繞組變形試驗(yàn)，高壓側(cè)A相繞組特性曲線在550kHz附近出現(xiàn)突變，其波谷明顯偏離B、C相曲線。初步判斷高壓側(cè)A相繞組可能出現(xiàn)匝間或餅間短路故障。

變壓器油色譜分析試驗(yàn)顯示，C2H2值為95.1ppm，總烴含量達(dá)到188.9ppm，均超標(biāo)；H2、CO、CO2也有明顯增長(zhǎng)，但未超標(biāo)。三比值特征代碼是102，顯示有高能量放電現(xiàn)象。

變壓器吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)A相繞組壓板處有碳黑痕跡，壓板表面有水痕。剝開(kāi)A相繞組絕緣紙，發(fā)現(xiàn)引出線及靜電屏與相鄰匝間繞組有放電痕跡，并且多股銅線熔斷。抽測(cè)此處絕緣紙含水量超過(guò)2000ppm。檢查高壓側(cè)三相套管頂部將軍帽密封情況，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)A相平臺(tái)至橡膠頂高度3.42mm，明顯低于B、C相的3.74mm、3.9mm。

通過(guò)多項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，主變高壓側(cè)A相繞組發(fā)生了嚴(yán)重的繞組局部變形或匝間短路故障，油色譜分析也顯示繞組內(nèi)部出現(xiàn)過(guò)電弧擊穿現(xiàn)象。再分析套管頂部將軍帽數(shù)據(jù)，說(shuō)明該處密封圈可能有問(wèn)題，因套管內(nèi)為負(fù)壓，密封不良導(dǎo)致進(jìn)水。模擬淋水試驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。

處理措施如下：（1）對(duì)主變所有套管密封進(jìn)行檢查，在將軍帽外沿及緊固螺栓處施以密封膠，通過(guò)重復(fù)密封手段來(lái)提高密封性能；（2）加強(qiáng)以后運(yùn)行期間的油色譜分析，掌握變化趨勢(shì)，為檢修提供依據(jù)；（3）例行停電檢修時(shí)，開(kāi)展繞組變形測(cè)試工作，積累數(shù)據(jù)為判斷變壓器狀態(tài)提供依據(jù)。

4.結(jié)語(yǔ)

我國(guó)電網(wǎng)供電可靠率已超過(guò)99%，然而與發(fā)達(dá)國(guó)家的99.99%相比仍存在一定差距，也說(shuō)明我國(guó)在提高供電可靠性方面仍有潛力可挖，提升變壓器故障診斷與處理水平無(wú)疑是一個(gè)重要的努力方向。本文結(jié)合實(shí)例探討了110kV變電站主變故障的診斷和處理方法，希望對(duì)同業(yè)人員有參考借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]許永建.變壓器故障診斷技術(shù)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2010.

[2]馬西林，王光輝，李靖.110kV變電站主變故障分析[J].河北工程技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2010（2）：32-35.