靜止變頻裝置輸入變壓器總烴和乙炔含量超標(biāo)故障分析處理

陳緒濱，陳光偉

（中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

靜止變頻裝置輸入變壓器總烴和乙炔含量超標(biāo)故障分析處理

陳緒濱，陳光偉

（中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 511400）

通過(guò)對(duì)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司下屬某電廠的靜止變頻裝置輸入變壓器總烴及乙炔超標(biāo)分析，應(yīng)用改良三比值法初步判斷變壓器內(nèi)存在824℃的高溫過(guò)熱故障。結(jié)合變壓器各項(xiàng)電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)專家分析，決定對(duì)變壓器進(jìn)行吊器身檢查，在檢查中發(fā)現(xiàn)變壓器上圍屏下沿和下圍屏上沿均存在過(guò)熱燒損現(xiàn)象，并對(duì)故障進(jìn)行處理。對(duì)抽水蓄能行業(yè)同類型變壓器故障分析具有借鑒意義。

靜止變頻裝置；總烴及乙炔超標(biāo)；氣相色譜分析；三比值法；過(guò)熱故障

0 引言

靜止變頻裝置啟動(dòng)作為大型抽水蓄能電站機(jī)組的首選啟動(dòng)方式，對(duì)于抽水蓄能電站的正常運(yùn)行具有非常重要的作用。靜止變頻啟動(dòng)是利用晶閘管變頻器產(chǎn)生頻率可變的交流電源對(duì)蓄能機(jī)組進(jìn)行啟動(dòng)，能夠使啟動(dòng)電流維持在機(jī)組要求的額定電流以下運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)無(wú)任何沖擊，具有軟啟動(dòng)性能，同時(shí)也能滿足抽水蓄能電站的機(jī)組在電網(wǎng)電力調(diào)峰過(guò)程中頻繁起動(dòng)的要求。SFC輸入變壓器作為SFC的輸入單元，主要用于將較高等級(jí)的電網(wǎng)電壓變成較低等級(jí)的電壓供給變頻單元，同時(shí)起隔離作用。

調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司下屬某電廠的靜止變頻裝置輸入變壓器（以下簡(jiǎn)稱變壓器），型式為戶內(nèi)、三相三繞組、銅繞組、強(qiáng)制風(fēng)冷自然油循環(huán)，額定容量為23500kVA，由意大利Specialtrasfo公司生產(chǎn)制造。2012年7月17日，在對(duì)該變壓器進(jìn)行油中溶解氣體氣相色譜試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)總烴和乙炔含量分別迅速增長(zhǎng)至160.39μL/L和8.37μL/L，超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的注意值150μL/L和5μL/L，此后，總烴及乙炔都保持穩(wěn)定。2013年3月7日，總烴和乙炔均降回注意值以下。由于該變壓器的正常工作與否直接決定了靜止變頻裝置能否安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，該故障引起了電廠的高度重視。

1 變壓器總烴及乙炔超標(biāo)的分析與處理

2012年6月初，發(fā)現(xiàn)變壓器油中烴類氣體的增長(zhǎng)速度加快（圖1），并于2012年7月17日的油中溶解氣體氣相色譜試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)總烴及乙炔含量均超過(guò)規(guī)程規(guī)定的注意值。為尋找故障原因，從以下幾方面進(jìn)行分析。

圖1 變壓器油中烴類氣體有加快增長(zhǎng)趨勢(shì)

（1）由圖1可以看出，在故障后，總烴及乙炔含量相對(duì)穩(wěn)定，分別保持在155μL/L和5μL/L，2013年3月，總烴及乙炔含量均降回注意值，但總烴含量仍然偏高。

（2）對(duì)變壓器油中溶解氣體氣相色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。

分析表1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，2012年6月12日至2012年7月17日期間總烴相對(duì)產(chǎn)氣率的計(jì)算如下：

表1 變壓器油色譜中總烴及乙炔含量較高的色譜離線分析數(shù)據(jù) μL/L

式中：Ci2為第二次取樣測(cè)得油中某氣體濃度，μL/L，Ci1為第一次取樣測(cè)得油中某氣體濃度，μL/L，Δt為二次取樣時(shí)間間隔中的運(yùn)行時(shí)間，月。

計(jì)算得出在此期間總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率為391.09%，已經(jīng)超過(guò)了《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》[1]中的注意值10%。

根據(jù)表1試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，特征氣體的主要組分為 CH4和 C2H4，次要組分為 C2H6、H2，因此，可初步判斷變壓器存在過(guò)熱故障。

參照《變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則》中的改良三比值法，改良三比值法是用5種氣體的3對(duì)比值以不同的編碼表示，編碼規(guī)則見(jiàn)表2，計(jì)算2012年8月17日特征氣體的三比值編碼：

表2 改良三比值法編碼規(guī)則

2012年8月17日和2012年10月16日的三比值編碼均為（0,2,2），通過(guò)查詢《變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則》中改良三比值法的故障類型判斷方法可以得知，2次三比值編碼均為高溫過(guò)熱故障。根據(jù)日本月岡、大江等人于1978年研究并提出的熱點(diǎn)溫度估算公式可以算出，2012年8月17日變壓器故障部位的溫度大約為：

通過(guò)以上分析，可以得知：①總烴及乙炔含量超出注意值；②總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率超過(guò)注意值；③根據(jù)改良三比值法以及熱點(diǎn)溫度估算公式可以判斷輸入變壓器存在高溫過(guò)熱故障，故障點(diǎn)溫度大約為824℃。

（3）對(duì)變壓器進(jìn)行電氣試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常，因此，從電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)并不能發(fā)現(xiàn)變壓器故障點(diǎn)的具體位置。

通過(guò)上述分析，基本可以確定變壓器存在高溫過(guò)熱故障，故障點(diǎn)溫度約為824℃，具體情況需變壓器停運(yùn)吊器身檢查才可以確定。

2 變壓器停運(yùn)吊器身檢查及發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

（1）變壓器吊器身后，對(duì)變壓器器身各個(gè)部位進(jìn)行全面檢查，高壓繞組及接頭外層繞包的皺紋紙沒(méi)有明顯過(guò)熱及放電痕跡。

（2）在變壓器箱底發(fā)現(xiàn)一些瓷質(zhì)碎片，判斷箱底下的瓷質(zhì)碎片為低壓套管內(nèi)部受損掉落的。在拆卸低壓套管后，發(fā)現(xiàn)各低壓套管內(nèi)部均存在輕微損傷，證實(shí)了初步判斷。

圖2 破損的星接低壓繞組V相套管

（3）上夾件的上拉帶有一個(gè)螺母缺失，該螺母主要用于鎖緊上夾件下拉帶，防止拉帶松脫。懷疑是產(chǎn)品生產(chǎn)工藝存在問(wèn)題。

（4）進(jìn)行圍屏絕緣電阻測(cè)試。變壓器的聯(lián)結(jié)組別為Dd0-Dyn1，低壓側(cè)有兩個(gè)繞組，分為上低壓繞組和下低壓繞組，每個(gè)低壓繞組與高壓繞組間都為一個(gè)圍屏，上、下圍屏通過(guò)公共引出線引出接地，上、下圍屏材料為銅，變壓器圍屏如圖4所示。圍屏主要用于防止高壓繞組（或低壓繞組）發(fā)生接地故障后，導(dǎo)致低壓繞組（或高壓繞組）也發(fā)生故障，起到隔離作用。首先測(cè)量上圍屏對(duì)下圍屏的絕緣電阻，試驗(yàn)電壓為1000V，絕緣電阻為200GΩ，結(jié)果合格，將試驗(yàn)電壓升至5000V，發(fā)生放電，正常情況下，上、下圍屏在5000V電壓下絕緣電阻應(yīng)良好，因此判斷上、下圍屏之間可能存在故障。起吊三相高壓繞組，發(fā)現(xiàn)三相上、下圍屏之間均存在嚴(yán)重的過(guò)熱燒損現(xiàn)象，如圖5所示。

圖3 缺少一個(gè)螺母的上夾件上拉帶

圖4 W相圍屏燒損情況

圖5 該變壓器的圍屏圖

3 問(wèn)題的分析及處理

（1）各低壓套管破損程度較輕微，破損處對(duì)低壓套管整體絕緣及密封均無(wú)較大影響，另外，電廠暫時(shí)缺乏該低壓套管的良好備品，因此，經(jīng)專家討論決定繼續(xù)使用輕微破損的低壓套管。

（2）上夾件的上拉帶有一個(gè)螺母缺失，但對(duì)變壓器運(yùn)行并無(wú)影響，而且檢修現(xiàn)場(chǎng)并無(wú)該型號(hào)螺母，因此專家建議暫不處理。

（3）三相上、下圍屏之間存在嚴(yán)重的過(guò)熱燒損故障的原因分析為：上圍屏僅靠用膠水沾在絕緣筒上，并用絕緣紙帶纏繞固定，變壓器運(yùn)行時(shí)間久后，膠水和絕緣紙帶老化，加上變壓器本身機(jī)械振動(dòng)，膠水和絕緣紙帶無(wú)法固定上圍屏，從而導(dǎo)致上圍屏向下滑動(dòng)，最終搭接在下圍屏上。搭接的上、下圍屏等效于匝數(shù)為1圈的繞組，如圖6所示，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在上、下圍屏搭接處將感應(yīng)出很大的電流，產(chǎn)生很大熱量，使得圍屏搭接處高溫過(guò)熱，圍屏絕緣紙板燒損，從而導(dǎo)致變壓器油總烴及乙炔含量超標(biāo)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，下圍屏絕緣紙帶由于額外承受部分上圍屏重量而變形，無(wú)法承受而下滑，上、下圍屏分離，回路斷開(kāi)，因而變壓器油總烴及乙炔含量逐漸恢復(fù)正常。

圖6 搭接后的圍屏等效圖

（4）三相上、下圍屏之間存在嚴(yán)重的過(guò)熱燒損故障的處理為：將銅制圍屏更換為鋁制圍屏，鋁材料輕于銅材料，膠水和絕緣紙帶能夠更好的固定圍屏，另外增設(shè)上圍屏墊塊3塊，限制上圍屏下滑，保證上、下圍屏無(wú)法搭接在一起。裝好圍屏后，測(cè)量三相上圍屏對(duì)下圍屏的絕緣電阻，結(jié)果合格。

（5）將SFC輸入變壓器檢修過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的缺陷處理后回裝，并進(jìn)行出廠試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均合格。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)變壓器油中溶解氣體氣相油色譜分析，提前發(fā)現(xiàn)了變壓器內(nèi)部存在的故障，通過(guò)處理避免了一次重大設(shè)備損壞事故，此故障如不處理，上圍屏可能會(huì)繼續(xù)下滑，再次與下圍屏搭接，產(chǎn)生高溫過(guò)熱故障，進(jìn)而燒穿絕緣筒，損壞高低壓繞組的絕緣，發(fā)展成為繞組匝間短路，造成變壓器嚴(yán)重?fù)p壞和機(jī)組啟動(dòng)失敗，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)該型號(hào)變壓器存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題，為抽水蓄能行業(yè)同類型變壓器的檢修和技改提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

[1]GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則[s].

TM41

B

1672-5387（2015）S-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.013

2015-10-22

陳緒濱（1990-），男，助理工程師，從事水電廠電氣檢修試驗(yàn)工作。