變壓器極性開(kāi)關(guān)引起繞組直流電阻超標(biāo)的處理

沈心江

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215004)

變壓器極性開(kāi)關(guān)引起繞組直流電阻超標(biāo)的處理

沈心江

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215004)

分析了一起110 kV主變調(diào)壓開(kāi)關(guān)異常處理的全過(guò)程，指出了對(duì)變壓器繞組直流電阻超標(biāo)故障的處理應(yīng)遵循現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及各項(xiàng)檢查、故障前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)情況調(diào)查收集、總結(jié)分析以及制定合理的處理方法等步驟，以避免因判斷不準(zhǔn)確或處理方法失當(dāng)造成檢修擴(kuò)大的情況。

變壓器；直流電阻；有載開(kāi)關(guān)；極性開(kāi)關(guān)

變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)是一項(xiàng)方便而有效的考察繞組絕緣和電流回路連接狀況的試驗(yàn)。它能反應(yīng)繞組焊接質(zhì)量、繞組匝間短路、繞組斷股或引出線折斷、分接開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線接觸不良等故障，也是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開(kāi)關(guān)檔位是否正確的有效手段。某供電公司在迎峰度夏前，按慣例對(duì)多臺(tái)主變進(jìn)行小修、消缺及預(yù)防性試驗(yàn)，特別注重變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)，以避免由于3相直流電阻不平衡，造成在高溫高負(fù)荷季節(jié)出現(xiàn)變壓器樁頭發(fā)熱、內(nèi)部過(guò)熱甚至放電的情況。

造成3相直流電阻不平衡有內(nèi)部原因也有外部原因。內(nèi)部原因主要有以下2點(diǎn)。

(1) 繞組匝間短路、繞組斷股。這種極端情況一般很少發(fā)生，一旦發(fā)生只能返廠進(jìn)行繞組解體。

(2) 本體內(nèi)調(diào)壓線圈，有載開(kāi)關(guān)的切換開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)、極性開(kāi)關(guān)，引線等連接焊接不好，接觸不良。這種情況一般通過(guò)鉆箱或吊罩及有載開(kāi)關(guān)吊芯，并用補(bǔ)焊、打磨、濾油等手段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

外部原因主要是引線與套管連接不良，接線座與導(dǎo)電桿接觸電阻大等。一般可通過(guò)砂紙打磨、涂導(dǎo)電脂等方法解決。

1 直流電阻異?，F(xiàn)象

1.1 異常情況

110 kV某變電站2號(hào)主變小修期間，在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)工作時(shí)，測(cè)量發(fā)現(xiàn)110 kV高壓繞組3相直流電阻不平衡(見(jiàn)表1)，6～9檔超標(biāo)(按試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于3相直流電阻平均值的2 %)，其余試驗(yàn)項(xiàng)目均合格。

該主變于2003年8月投運(yùn)，型號(hào)為SZ9-40 000/110，接線方式為YNd11，變比為(110+5-3) ×2 %/10.5，額定電流為209.9/2 199 A，生產(chǎn)日期為2003年5月。有載開(kāi)關(guān)的型號(hào)為MⅢ-500Y/72.5B-10091W。

表1 110 kV側(cè)繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)(2014-01-20)

1.2 現(xiàn)場(chǎng)檢查與初步分析

發(fā)現(xiàn)主變繞組直流電阻問(wèn)題后，立即對(duì)本體取油樣進(jìn)行色譜分析，結(jié)果合格且較3月前的數(shù)據(jù)變化不大，因此排除了內(nèi)部放電與過(guò)熱故障。現(xiàn)場(chǎng)檢查110 kV 3相套管樁頭情況，確認(rèn)連接緊固，無(wú)松動(dòng)發(fā)熱現(xiàn)象。查閱運(yùn)行部門(mén)的紅外成像測(cè)溫巡檢記錄，發(fā)現(xiàn)110 kV 3相套管樁頭溫度無(wú)異常。

綜合以上檢查結(jié)果，由于開(kāi)關(guān)短路等試驗(yàn)項(xiàng)目均正常，并排除了引線與套管連接不良，接線座與導(dǎo)電桿接觸電阻大等外部原因以及繞組匝間短路、繞組斷股等繞組內(nèi)部故障。則故障可能是由本體內(nèi)調(diào)壓線圈，有載開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)、選擇開(kāi)關(guān)、極性開(kāi)關(guān)，引線等焊接不好，接觸不良造成的。

2 直流電阻異常分析與判斷

2.1 歷史數(shù)據(jù)比較

該主變生產(chǎn)日期為2003年5月，投運(yùn)日期為2003年8月。2003-07-01，曾做過(guò)投運(yùn)前交接性試驗(yàn)，由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)異常，因此沒(méi)有對(duì)調(diào)壓線圈、有載切換開(kāi)關(guān)或極性開(kāi)關(guān)進(jìn)行重點(diǎn)檢查。其高壓繞組直流電阻數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 110 kV側(cè)繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)(2003-07-01)

該主變于2003年8月投入運(yùn)行，運(yùn)行情況正常，無(wú)缺陷記錄。2005年1月進(jìn)行首次停電檢修，主要項(xiàng)目為主變小修、有載切換開(kāi)關(guān)吊芯檢查，換油，預(yù)防性試驗(yàn)。各項(xiàng)電試、油化試驗(yàn)均合格。該主變于2005-01-25T18：00投運(yùn)送電，直到2014-01-20再次停電檢修為止，期間無(wú)缺陷記錄。2005-01-25高壓繞組直流電阻數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)溫度換算R1=R2(235+t1)/(235+t2)，如2005-01-25第1檔換算到30 ℃，則3相直流電阻分別為0.539 8 Ω，0.543 0 Ω，0.536 0 Ω，由此可以看出高壓繞組直流電阻總體呈增大趨勢(shì)，且1，6，7，9檔不平衡率有明顯上升趨勢(shì)。說(shuō)明變壓器內(nèi)部唯一的轉(zhuǎn)動(dòng)部分——有載開(kāi)關(guān)局部接觸不良，致使電阻增大，使直流電阻3相不平衡率明顯上升。但因?yàn)檫€在合格范圍內(nèi)，且當(dāng)時(shí)負(fù)荷緊張，該主變于當(dāng)天恢復(fù)送電。

表3 110 kV側(cè)繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)(2005-01-25)

由于首檢出現(xiàn)問(wèn)題，公司一方面對(duì)該主變進(jìn)行運(yùn)行跟蹤，另一方面積極準(zhǔn)備停電檢修，以消除隱患。2007-04-24，該主變?cè)俅瓮ｋ?，?lián)系廠家人員現(xiàn)場(chǎng)將切換開(kāi)關(guān)吊出，對(duì)切換開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭及切換開(kāi)關(guān)筒體靜觸頭進(jìn)行檢查，并用金相砂紙進(jìn)行打磨。切換開(kāi)關(guān)安裝完畢后，按照1～9檔及9～1檔的順序反復(fù)操作200～300次，最后測(cè)量繞組直流電阻。相應(yīng)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 110 kV側(cè)繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)(2007-04-24)

隱患消除后，該主變于2007-04-24送電，直到2014年1月再次停電檢修。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，1～5檔直流電阻基本與歷史數(shù)據(jù)一致，6～9檔直流電阻明顯變大并超標(biāo)。

2.2 故障判斷

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，排除了切換開(kāi)關(guān)接觸不良是故障的原因。因?yàn)槿绻袚Q開(kāi)關(guān)的單、雙觸頭出現(xiàn)問(wèn)題，則變壓器抽頭單、雙檔位直流電阻數(shù)值將出現(xiàn)問(wèn)題或所有檔位直流電阻數(shù)值混亂。表1表明，3相不平衡集中在6～9檔，因此問(wèn)題不在切換開(kāi)關(guān)，而在有載開(kāi)關(guān)的選擇開(kāi)關(guān)與極性開(kāi)關(guān)。

因有載分接開(kāi)關(guān)為組合型結(jié)構(gòu)，調(diào)壓方式為正反調(diào)壓，選擇開(kāi)關(guān)和極性開(kāi)關(guān)在切換開(kāi)關(guān)筒體下面。其工作原理為：極性開(kāi)關(guān)與有載開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換選擇器相連，而極性選擇器只在“+”“K”“-”間動(dòng)作，在開(kāi)關(guān)由“1—N”或“N—1”的2個(gè)行程中，極性開(kāi)關(guān)只動(dòng)作2次，即“K+”、“K-”。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，3相不平衡主要集中在6～9檔，1～4檔完全符合標(biāo)準(zhǔn)，而1～4檔連接的極性開(kāi)關(guān)觸頭處于“＋”極，6～9檔連接極性開(kāi)關(guān)觸頭處于“－”極。因此，判斷問(wèn)題出在極性開(kāi)關(guān)“－”觸頭上，其原因可能為：動(dòng)靜觸頭傳動(dòng)部分和接觸部分松動(dòng)，造成接觸壓力不夠；動(dòng)靜觸頭變形，嚙合接觸不良；接觸表面有油泥或氧化膜，致使觸頭間電阻變大。

通過(guò)與運(yùn)行部門(mén)溝通后發(fā)現(xiàn)，該主變近2年來(lái)有載開(kāi)關(guān)主要使用1～3檔，很少使用6～9檔。因此判斷，可能是由于6～9檔長(zhǎng)期不處于檔位位置，容易產(chǎn)生油膜，致使觸頭間電阻變大。

在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了100多次反復(fù)切換后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化不大，6～9檔直流電阻還在超標(biāo)范圍內(nèi)。由于當(dāng)時(shí)急于送電，只能在限制使用6～9檔的條件下，先投運(yùn)供電。

3 直流電阻異常處理

3.1 處理方案

積極調(diào)整運(yùn)行方式后，該變電站2號(hào)主變針對(duì)可能的故障原因準(zhǔn)備了2套方案進(jìn)行故障處理。

(1) 根據(jù)對(duì)直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析及檔位使用情況的分析，懷疑是由于6～9檔長(zhǎng)期不處于檔位位置，可能產(chǎn)生油膜，致使極性開(kāi)關(guān)“－”觸頭間電阻變大，造成6～9檔直流電阻不平衡。處理方法為：使用電動(dòng)操作，反復(fù)對(duì)有載開(kāi)關(guān)4～9檔進(jìn)行切換，重點(diǎn)是4～6檔。通過(guò)反復(fù)切換1 000～2 000次后，將極性開(kāi)關(guān)“－”觸頭間的油膜和氧化物磨凈，中間穿插直流電阻測(cè)量。

(2) 可能是由于“－”觸頭松動(dòng)或變形，造成接觸壓力不夠或接觸不良。準(zhǔn)備濾油機(jī)和儲(chǔ)油罐等工器具對(duì)變壓器進(jìn)行放油(17.5 t)；檢修人員鉆箱檢查極性開(kāi)關(guān)，準(zhǔn)備在箱體內(nèi)進(jìn)行處理或更換工作，并進(jìn)一步做好吊罩處理準(zhǔn)備。

3.2 處理過(guò)程

2014-01-26，2號(hào)主變停電檢修。現(xiàn)場(chǎng)先執(zhí)行第1套方案，根據(jù)處理情況再?zèng)Q定第2套方案的實(shí)施進(jìn)度?，F(xiàn)場(chǎng)在主變停電后，立即進(jìn)行有載開(kāi)關(guān)4～6檔的反復(fù)切換，大約1 000次后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯改善(見(jiàn)表5)。

表5 110 kV側(cè)繞組紅色直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)(2014-01-26)

切換到1 500次以后，直流電阻測(cè)試合格。再經(jīng)過(guò)反復(fù)切換后，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，如表6所示。

表6 110 kV側(cè)繞直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)(2014-01-26)

此后，再進(jìn)行其余試驗(yàn)項(xiàng)目及本體、有載開(kāi)關(guān)油樣試驗(yàn)均合格，確定消除了故障。在該主變發(fā)生高壓繞組直流電阻超標(biāo)故障后，因準(zhǔn)確判斷了故障原因與部位，避免了主變放油、吊罩等耗時(shí)費(fèi)力的檢修方案的實(shí)施。該主變于2014-01-26晚上投入運(yùn)行，并進(jìn)行色譜油樣跟蹤、110 kV樁頭紅外成像測(cè)溫跟蹤，未發(fā)現(xiàn)異常。目前已正常運(yùn)行5個(gè)月。

4 結(jié)論

(1) 由于M型(組合式)有載開(kāi)關(guān)的極性開(kāi)關(guān)及選擇開(kāi)關(guān)在本體油箱內(nèi)，在周期性小修、有載切換開(kāi)關(guān)吊芯換油工作中，檢修人員不能直接接觸。為了保證極性、選擇開(kāi)關(guān)接觸良好，對(duì)于運(yùn)行變壓器，應(yīng)創(chuàng)造條件對(duì)分接開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)動(dòng)1遍，以清除接觸面上的氧化膜及污垢。變壓器停電檢修時(shí)，應(yīng)在分接開(kāi)關(guān)所有的位置上進(jìn)行多次切換，并測(cè)量直流電阻、變比；若發(fā)生異常，必須找出原因，排除故障。

(2) 即使在色譜試驗(yàn)證明本體內(nèi)部無(wú)放電與過(guò)熱故障的情況下，若主變繞組的直流電阻數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，無(wú)論其不平衡率是否超標(biāo)，都必須對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真分析，查找出造成數(shù)據(jù)異常的原因，并消除故障。否則，在高溫高負(fù)荷的狀態(tài)下，故障會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，引起發(fā)熱、過(guò)熱、放電等嚴(yán)重后果。

(3) 變壓器發(fā)生故障后，應(yīng)通過(guò)直流電阻測(cè)量、開(kāi)短路等電試項(xiàng)目，油色譜分析、紅外成像測(cè)溫、運(yùn)行狀態(tài)的縱向追溯，以及與同類設(shè)備的橫向比較等手段，準(zhǔn)確判斷故障原因與部位，以提高檢修的有效性、針對(duì)性，降低檢修成本。

2014-11-18。

沈心江(1970-)，男，工程師、技師，主要從事變壓器檢修工作，email：2972470189@qq.com。