66kV主變過(guò)熱缺陷的查找與處理

孫 濤

（沈陽(yáng)供電公司變電運(yùn)維工區(qū)，遼寧 沈陽(yáng)110122）

1 變壓器過(guò)熱情況

沈陽(yáng)供電公司某變電站一臺(tái)66kV主變，從2005年6月開(kāi)始，發(fā)現(xiàn)油中總烴含量異常增長(zhǎng)并出現(xiàn)痕量乙炔，油色譜試驗(yàn)結(jié)論為變壓器內(nèi)部存在700℃以上的高溫過(guò)熱缺陷。其后每周至少一次對(duì)該變壓器進(jìn)行油色譜監(jiān)測(cè)，油中總烴含量時(shí)有增長(zhǎng)，并且與負(fù)荷電流有關(guān)。

2 通過(guò)高壓試驗(yàn)初步確定過(guò)熱部位及原因

變壓器主要參數(shù)如下：型號(hào)SZ7－31500／63；電壓組合66±8×1.25%／11；負(fù)載損耗139.9kW；阻抗電壓8.93%；空載損耗38.4kW；空載電流0.702%。

2007年3月，對(duì)變壓器進(jìn)行高壓試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)項(xiàng)目為常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目（包括一／二次直流電阻、繞組變形、低電壓短路阻抗等）及單相負(fù)載試驗(yàn)。在進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了較嚴(yán)重的問(wèn)題，其他試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)未見(jiàn)異常。下面僅對(duì)單相負(fù)載試驗(yàn)進(jìn)行分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 單相負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)

阻抗電壓折算至額定電流下為9.01%，與銘牌值（8.93%）接近。

負(fù)載損耗折算至三相、額定電流、75℃下為161.1kW，與銘牌值（139.9kW）比較高出21.2kW。可見(jiàn)變壓器負(fù)載損耗異常增大，電流回路存在明顯問(wèn)題。

從單相負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，AB相損耗（25.2kW）比BC相損耗（22.5kW）高出2.7kW（12%）。對(duì)于正常的變壓器，AB相損耗與BC相損耗應(yīng)非常接近，因此可以確定問(wèn)題出在A相電流回路。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)論：造成變壓器高溫過(guò)熱的原因是A相繞組存在股間短路或A相漏磁回路存在異常增長(zhǎng)的附加損耗。根據(jù)色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)，烴類(lèi)氣體的增長(zhǎng)還伴隨著一氧化碳和二氧化碳的產(chǎn)生，缺陷很可能涉及固體（紙）絕緣，因此繞組存在股間短路的可能性較大。

3 變壓器解體檢查

對(duì)變壓器進(jìn)行返廠解體檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題如下：

（1）低壓a相繞組并繞的24股導(dǎo)線中，有2股之間絕緣為0，其他各股間絕緣為數(shù)十兆歐，說(shuō)明A相繞組確實(shí)存在股間短路，這就是造成變壓器高溫過(guò)熱的原因，驗(yàn)證了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后的結(jié)論。檢查發(fā)現(xiàn)短路點(diǎn)的位置在低壓線圈中部第60匝，如圖1所示。

圖1 檢查發(fā)現(xiàn)短路點(diǎn)的位置在低壓線圈中部第60匝

（2）低壓a相繞組變形情況如圖2所示。

4 變壓器繞組股間短路及變形分析

變壓器遭受短路沖擊時(shí)，位于內(nèi)側(cè)的低壓繞組受到的幅向力向內(nèi)壓縮繞組、受到的軸向力上下拉伸線圈。由于繞制線圈時(shí)換位處較松、壓緊力不足等原因，在短路電動(dòng)力作用下，最外側(cè)一股導(dǎo)線向內(nèi)收縮并被向下擠壓，與另一股導(dǎo)線間的絕緣被擠破情況形成股間短路。在短路點(diǎn)，發(fā)生股間短路的2股導(dǎo)線無(wú)電位差，因此變壓器在空載狀態(tài)下（包括空載試驗(yàn)時(shí)）不會(huì)出現(xiàn)異常。在有負(fù)載電流流過(guò)變壓器時(shí)，由于漏磁通作用，發(fā)生股間短路的2股導(dǎo)線中會(huì)有環(huán)流，造成變壓器高溫過(guò)熱。變壓器負(fù)荷電流越大，股間短路造成的環(huán)流越大，過(guò)熱越嚴(yán)重。在負(fù)荷電流較小的情況下，過(guò)熱在油中不會(huì)明顯反映出來(lái)。因此，油中烴類(lèi)氣體的增長(zhǎng)時(shí)快時(shí)慢，時(shí)有時(shí)無(wú)。

圖2 低壓a相繞組變形情況

低壓a相繞組中部變形同樣是由于變壓器二次短路時(shí)的電動(dòng)力造成的。2007年3月26日對(duì)變壓器進(jìn)行繞組變形試驗(yàn)時(shí)，并未發(fā)現(xiàn)變壓器繞組出現(xiàn)明顯變形。這是由于最早一次進(jìn)行變形試驗(yàn)的時(shí)間是2006年4月4日，變壓器很有可能在此之前就已經(jīng)出現(xiàn)繞組變形，在2次變形試驗(yàn)之間的時(shí)間里，繞組變形并沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展。變形試驗(yàn)一般是通過(guò)變壓器繞組變形前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)（波形）的變化來(lái)分析判斷的，通過(guò)變壓器線圈存在變形后的2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)很難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

從變壓器所帶的10kV母線上開(kāi)關(guān)分閘記錄來(lái)看，變壓器從2003年7月至2007年3月26日可能經(jīng)受了多達(dá)26次短路沖擊，其中只有3次發(fā)生在2006年4月4日以后。變壓器發(fā)生繞組變形應(yīng)該是多次短路沖擊累積作用的結(jié)果。

結(jié)合色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)（表3）來(lái)看，直接導(dǎo)致變壓器低壓繞組股間短路的很有可能是2005年3—6月之間的一次短路沖擊。

表3 變壓器色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位：μL／L

變壓器所受沖擊的嚴(yán)重程度是由短路電流決定的（電動(dòng)力與電流平方成正比），我們往往對(duì)變壓器二次出口短路等造成變壓器保護(hù)動(dòng)作的故障非常關(guān)注，對(duì)二次配出線短路、造成配線開(kāi)關(guān)分閘的故障不太注意。實(shí)際上，配出線上的短路故障對(duì)變壓器可能造成更大傷害。首先，配出線短路故障可能發(fā)生在變電所附近，此時(shí)短路電流與變壓器出口短路電流接近。其次，配出線短路故障可能經(jīng)常發(fā)生，次數(shù)很多。再次，變壓器出口短路時(shí)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、變壓器兩側(cè)開(kāi)關(guān)分閘（無(wú)重合閘），變壓器受沖擊1次；配出線故障、開(kāi)關(guān)分閘后一般會(huì)有重合、重合不成還有可能在較短時(shí)間內(nèi)試送1次，1次配出線故障可能讓變壓器在短時(shí)間內(nèi)遭受3次短路沖擊。

運(yùn)行時(shí)間超過(guò)5年的變壓器，一般沒(méi)有采用半硬銅導(dǎo)線、硬紙筒等提高抗短路能力的措施，在短路電流的作用下極易出現(xiàn)繞組變形。頻響法繞組變形測(cè)試是發(fā)現(xiàn)變壓器繞組變形的有效方法，應(yīng)作為預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展，在發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行低電壓短路阻抗測(cè)試。

5 變壓器修理及改造

根據(jù)解體檢查情況，確定變壓器處理方案：更換全部高低壓、調(diào)壓線圈（采用半硬銅導(dǎo)線）及全部絕緣件。改造后，變壓器除抗短路能力得到提高外，其空、負(fù)載損耗從“7”型提高到接近“11”型水平，使用壽命與新變壓器相同，可望達(dá)到30年。改造前后性能參數(shù)比較如表4所示。

表4 變壓器改造前后性能參數(shù)比較

從表中可以看出，改造后變壓器總損耗下降32.3kW，按照變壓器平均負(fù)荷電流為50%額定電流、使用時(shí)間20年計(jì)算，改造后可節(jié)約電量498.882萬(wàn)kW·h。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該變壓器過(guò)熱缺陷的查找與處理分析，確定了故障性質(zhì)和故障位置，從前期主變油色譜試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高溫過(guò)熱缺陷，到后期單相負(fù)載試驗(yàn)確定故障性質(zhì)及部位，都給今后的變壓器運(yùn)行提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為安全可靠供電提供了良好保證。經(jīng)過(guò)消缺改造的變壓器性能參數(shù)從“7”型提高到接近“11”型水平，其經(jīng)濟(jì)性和可靠性顯著提高。