一起有載分接開關(guān)故障引起乙炔超標(biāo)的案例分析

張遠(yuǎn)博，應(yīng)勇，周志強(qiáng)，劉旸，李學(xué)斌

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽110006)

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一起有載分接開關(guān)故障引起乙炔超標(biāo)的案例分析

張遠(yuǎn)博1，應(yīng)勇1，周志強(qiáng)2，劉旸1，李學(xué)斌1

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽110006)

摘要：針對一起變壓器油乙炔超標(biāo)的案例，對變壓器進(jìn)行故障分析。先通過改良三比值法定性變壓器有低能放電現(xiàn)象，再通過直流電阻測試等常規(guī)試驗將排查范圍縮小至分接抽頭引線處，然后根據(jù)局部放電試驗結(jié)果推斷9號分接開關(guān)靜觸頭與處于地電位的分接選擇器接觸不良，最后解體檢查明確變壓器故障部位為9號分接開關(guān)靜觸頭。指出在故障診斷中，宜采用手動調(diào)節(jié)方式對所有分接位置進(jìn)行直流電阻測試，以全面考察不同極性選擇開關(guān)下各分接位置的連接狀況。對有載分接開關(guān)的選型和設(shè)計提出縱向尺寸不宜過大、連接引線的長度應(yīng)留有一定裕度的建議。

關(guān)鍵詞：變壓器；有載分接開關(guān)；油中溶解氣體分析；局部放電測試；直流電阻

1主變壓器油色譜出現(xiàn)異常的過程

2015年9月17日，某變電站結(jié)合停電安排了220kV2號主變壓器消缺及本體噴漆等任務(wù)，9月22日通過離線油色譜分析發(fā)現(xiàn)乙炔超標(biāo)。該主變壓器型號為SFPSZ8-120000/220，1993年1月出廠，1993年8月投入運(yùn)行，2001年4月進(jìn)行過一次吊罩檢查及標(biāo)準(zhǔn)大修。有載分接開關(guān)為德國MR公司1992年產(chǎn)品。

變壓器停電前一直處于7分接運(yùn)行，分接開關(guān)調(diào)檔記錄為2014年7月10日，2015年8—9月主變壓器最大負(fù)荷為40MVA，上次例行試驗日期為2014年4月，試驗結(jié)果合格。上次離線油色譜試驗時間為2015年8月18日，試驗結(jié)論為未見異常。

2試驗分析

2.1油色譜試驗

該變壓器近3次離線油色譜試驗數(shù)據(jù)見表1。

表1　2號主變壓器油色譜離線試驗結(jié)果　　μL/L

由表1數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：C2H2、H2的體積分?jǐn)?shù)明顯增長，同時伴隨CH4、C2H4的體積分?jǐn)?shù)增長。根據(jù)特征氣體法及三比值法初步定性變壓器存在低能放電現(xiàn)象。通常造成低能放電的主要原因有引線對電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電、分接抽頭引線和油隙閃絡(luò)、不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電[1]。

低能放電的放電能量低，往往與懸浮電位或接觸不良聯(lián)系在一起[2]。因此結(jié)合常規(guī)試驗，將排查重點(diǎn)放在引線連接處、分接抽頭引線處和鐵心接地引線等位置。

2.2常規(guī)試驗

經(jīng)常規(guī)試驗發(fā)現(xiàn)，除V相高壓繞組第17分接檔位的直流電阻(166.3Ω)超標(biāo)外，其他分接檔位的直流電阻、套管電容值和絕緣、整體絕緣、介質(zhì)損耗等試驗結(jié)果均滿足有關(guān)規(guī)程的要求。因此排除V相高壓繞組故障，將故障范圍縮小在分接抽頭引線處。

2.3局部放電試驗

為確定故障位置，進(jìn)行了局部放電試驗。2015年9月25—26日，對2號主變壓器進(jìn)行了長時感應(yīng)耐壓試驗帶局部放電測試，接線如圖1所示。9月25日，在V相第1分接檔位與運(yùn)行檔位(第7分接檔位)進(jìn)行了局部放電測試，試驗電壓為1.3倍最高運(yùn)行相電壓，局部放電量符合規(guī)程要求，試驗通過。9月26日，對V相第17分接檔位進(jìn)行局部放電測量，高壓側(cè)電壓上升到25kV時，有載分接開關(guān)附近發(fā)出明顯的放電聲，放電量為700nC，試驗終止。結(jié)合前期試驗結(jié)果，判斷有載分接開關(guān)發(fā)生裸金屬放電[3]。

T1—試驗變壓器，T—被試變壓器，Z—檢測阻抗。圖1　局部放電試驗接線(以U相繞組為例)

該變壓器使用的有載分接開關(guān)為組合式有載分接開關(guān)，當(dāng)極性選擇器選擇正極性、分接開關(guān)處于第1分接檔位時，1號分接開關(guān)靜觸頭與分接選擇器的接線方式如圖2所示。

圖2　分接開關(guān)1分接接線原理

當(dāng)V相處于1分接及運(yùn)行分接為7分接時，9號分接開關(guān)靜觸頭并未與分接選擇器接觸。當(dāng)分接開關(guān)處于第1分接檔位時，1號分接開關(guān)經(jīng)分接選擇器接中性點(diǎn)，而該變壓器的額定電壓為230kV，故9號分接開關(guān)靜觸頭電壓比1號分接開關(guān)靜觸頭電壓高23kV。由于此時未出現(xiàn)局部放電，因此可以判定9號分接開關(guān)靜觸頭的起始放電電壓高于23kV。當(dāng)分接開關(guān)處于第7分接檔位時，7號分接開關(guān)經(jīng)分接選擇器接中性點(diǎn)，9號分接開關(guān)靜觸頭電壓僅比7號分接開關(guān)靜觸頭電壓高5.75kV，所以更不可能發(fā)生局部放電。

當(dāng)極性選擇器選擇負(fù)極性、分接開關(guān)處于第17分接檔位時，9號分接開關(guān)靜觸頭通過分接選擇器連接中性點(diǎn)，此時電壓僅升至25kV就發(fā)生700nC的局部放電，結(jié)合9號分接開關(guān)靜觸頭起始放電電壓大于23kV以及分接選擇器經(jīng)中性點(diǎn)接地的接線方式，可以推斷此時嚴(yán)重的局部放電是9號分接開關(guān)靜觸頭與處于地電位的分接選擇器接觸不良所致。

3解體檢查及原因分析

3.1解體檢查

2015年9月28日相關(guān)技術(shù)人員對變壓器進(jìn)行內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)動、靜觸頭均有燒傷痕跡，燒傷部位在9號分接開關(guān)位置(如圖3所示)，說明第9、17分接檔位接觸不良。

圖3　9號分接開關(guān)靜觸頭燒傷情況

由圖3可以看出，9號分接開關(guān)靜觸頭存在放電痕跡，所以在故障發(fā)生后第17分接檔位的直流電阻測試結(jié)果超標(biāo)。

隨后，將變壓器返廠解體，9號分接開關(guān)靜觸頭與調(diào)壓線圈連接引線如圖4所示。

圖4　9號分接開關(guān)靜觸頭與調(diào)壓線圈連接引線

3.2故障分析

故障原因分析如下：

a)該有載分接開關(guān)的縱向尺寸較大，采用D級分接選擇器，絕緣水平高，裕度大[4]。隨著運(yùn)行年限的增加，分接開關(guān)靜觸頭連接的絕緣支架和動觸頭連接的傳動軸承將不可避免地發(fā)生形變[5]，其中傳動軸承中、末端的動觸頭處于遠(yuǎn)端受力點(diǎn)，所受的影響最大，最容易發(fā)生接觸不到位。

b)由圖4可以發(fā)現(xiàn)，9號分接開關(guān)靜觸頭與調(diào)壓線圈的連接引線沒有留出裕度，運(yùn)行時因長期應(yīng)力或突發(fā)應(yīng)力的作用造成引線受力，從而導(dǎo)致此處的絕緣支架向外側(cè)拉伸變形[6]。

綜合以上兩點(diǎn)，該變壓器V相9號有載分接開關(guān)的動、靜觸頭在轉(zhuǎn)換過程出現(xiàn)合閘不到位，導(dǎo)致接觸不良進(jìn)而發(fā)生電弧放電，致使變壓器油色譜監(jiān)測結(jié)果超標(biāo)[7]。

此外，變壓器處于9分接時，選擇開關(guān)有9a、9b、9c三檔。在9a檔時，選擇開關(guān)的位置為X9-Y9-Z9；在9b檔時，選擇開關(guān)的位置為Xk-Yk-Zk；在9c檔時，選擇開關(guān)的位置為X1-Y1-Z1。因此，9號分接開關(guān)靜觸頭被嚴(yán)重?zé)齻粫?a檔有影響，在測量直流電阻時，9b檔的直流電阻正常，而有載分接開關(guān)的電動調(diào)檔往往只在9b檔停留，無法對9a、9c檔進(jìn)行測量。因此在今后的故障診斷過程中，宜改為手動調(diào)檔，對9號分接開關(guān)的3個分接位置均進(jìn)行直流電阻測試，以便進(jìn)行綜合分析和判斷。

4結(jié)論

a)變壓器油中溶解氣體分析具有及時性和準(zhǔn)確性，除了有效獲取變壓器的運(yùn)行狀態(tài)外，還可以配合其他檢測手段，快速排查故障原因，提高運(yùn)維效率。總體思路為判斷故障屬于過熱性故障還是放電性故障→通過特征氣體法或三比值法判斷溫度范圍及放電類型→初步判斷出現(xiàn)此類故障的部位→通過常規(guī)試驗進(jìn)行排查和驗證→必要時通過診斷性試驗進(jìn)行故障查找→定位故障并進(jìn)行檢查。

b)有載分接開關(guān)宜選用適宜本變壓器絕緣等級的分接選擇器，不易追求過高的絕緣裕度；若必須選用縱向尺寸較大的分接開關(guān)，應(yīng)與廠家及時溝通，以便在設(shè)計時給予充分的考慮，防止此類故障的產(chǎn)生。此外，在變壓器駐場監(jiān)造過程中應(yīng)注意有載分接開關(guān)與調(diào)壓線圈連接引線的工藝處理和引線長度，宜將此處引線留有少量裕度，以防止引線受力導(dǎo)致有載分接開關(guān)動、靜觸頭接觸不良。

c)為全面考察不同極性選擇開關(guān)下各分接位置的連接狀況，宜通過手動方式進(jìn)行有載分接開關(guān)的檔位調(diào)節(jié)，對所有分接位置進(jìn)行直流電阻測試，以全面、綜合地進(jìn)行故障診斷分析。

參考文獻(xiàn)：

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ZHANGDeming.InsulationFaultofTap-ChangerandItsDiagnosis[J].Transformer,2008,45(12):40-47.

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[7] 劉輝.變壓器油中溶解氣體的分析與故障診斷研究[D].武漢：武漢大學(xué),2004.

Analysis on Over-standard of Ethyne Caused by Fault of On-load Tap Changer

ZHANG Yuanbo1, YING Yong1, ZHOU Zhiqiang2, LIU Yang1, LI Xuebin1

(1.ElectricPowerResearchInstituteofStateGridLiaoningElectricPowerCompany,Shenyang,Liaoning110006,China; 2.StateGridLiaoningElectricPowerCompany,Shenyang,Liaoning110006,China)

Abstract：Takingonecaseofover-standardofethyneintransformeroilasanexample,thispaperanalyzesthefaultoftransformer.Itfirstlycharacterizesthetransformeraslowenergydischargebyusingimprovedthreeratiomethodandbyusingroutinetestssuchasdirectcurrent(DC)resistancetesttonarrowfaultinvestigationscopetotheleadofshuntingtap.Accordingtopartialdischarge(PD)testresult,itdeducesbadcontactofstaticcontactofNo.9tapchangerwithtapselectoringroundpotential,andfinallydeterminesfaultpositionofthetransformerisatthestaticcontactofNo.9tapchangerbystripinspection.ThispaperpointsoutitisoughttoadoptmanualadjustmentwaytoconductDCresistancetestsonalltappositionsinordertoinvestigateconnectionstatusofeachtappositionunderdifferentpolarselectiveswitches.Italsosuggestsfortypeselectionanddesignontheon-loadtapchangerthatlongitudinaldimensionoftheon-loadtapchangershouldnotbetoolargeandthereshouldbeacertainmarginsforconnectingleads.

Keywords：transformer;on-loadtapchanger;analysisondissolvedgasinoil;partialdischargetest;directcurrentresistance

收稿日期：2015-11-24修回日期：2016-02-26

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.06.022

中圖分類號：TM411

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-290X(2016)06-0121-03

作者簡介：

張遠(yuǎn)博(1987)，男，黑龍江伊春人。工程師，工學(xué)碩士，主要從事高電壓絕緣技術(shù)與變壓器試驗技術(shù)的研究工作。

應(yīng)勇(1969)，男，遼寧沈陽人。工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事高電壓絕緣技術(shù)與變壓器試驗技術(shù)的研究工作。

周志強(qiáng)(1965)，男，遼寧沈陽人。工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事變壓器的運(yùn)維管理及試驗研究工作。

(編輯李麗娟)