油浸式變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障診斷與處理

福文

(黃河萬(wàn)家寨水利樞紐有限公司萬(wàn)家寨水電站，山西 忻州 036412)

水電站技術(shù)

油浸式變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障診斷與處理

任仲偉王旭王福文

(黃河萬(wàn)家寨水利樞紐有限公司萬(wàn)家寨水電站，山西 忻州 036412)

萬(wàn)家寨水電站2號(hào)主變壓器運(yùn)行至2015年，在進(jìn)行第一季度、第二季度油中溶解氣體色譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在高溫過(guò)熱故障，對(duì)鐵芯進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量，阻值為0Ω。本文通過(guò)對(duì)萬(wàn)家寨水電站220kV大型油浸式變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的處理，闡述了如何運(yùn)用變壓器油中溶解氣體色譜分析、電氣性能試驗(yàn)等方法，進(jìn)行故障診斷和識(shí)別，并介紹設(shè)備故障的處理方法，供參考。

變壓器；鐵芯多點(diǎn)接地；故障處理

萬(wàn)家寨水電站2號(hào)主變壓器，型號(hào)為SSP10-225000/220，容量225000kVA，額定電壓242×(1±2.5%)/15.75kV,額定電流537/8248A,冷卻方式為強(qiáng)油水冷，采用無(wú)載調(diào)壓方式，由西安變壓器廠制造，于1999年7月投運(yùn)。其中2011年4月2號(hào)主變壓器高壓側(cè)SF6氣體絕緣開關(guān)B相發(fā)生接地故障，隨后按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 596—2005)要求進(jìn)行了一系列常規(guī)和專項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足規(guī)程要求。

該變壓器運(yùn)行至2015年，在進(jìn)行第一季度、第二季度油中溶解氣體色譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在高溫過(guò)熱故障 ，隨后對(duì)鐵芯進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量，阻值為0Ω。

1 故障分析

絕緣油要求具有良好的絕緣性、熱傳導(dǎo)性和抗氧化安定性才能保證變壓器安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此，定期取樣進(jìn)行化驗(yàn)，了解油質(zhì)在運(yùn)行中的狀態(tài)，才能實(shí)時(shí)掌握變壓器運(yùn)行工況和健康水平。通過(guò)水分測(cè)試，擊穿電壓、介質(zhì)損耗因數(shù)、閃點(diǎn)等常規(guī)試驗(yàn)可量化檢驗(yàn)出絕緣油的劣化程度，通過(guò)油中溶解氣體色譜分析可判斷出絕緣油劣化的原因，從而達(dá)到對(duì)器身內(nèi)部各類故障進(jìn)行預(yù)測(cè)、診斷并跟蹤其發(fā)展趨勢(shì)，防止惡性事故發(fā)生的目的。油中溶解氣體色譜分析在變壓器故障預(yù)知、故障診斷方面具有明顯的作用。萬(wàn)家寨水電站2號(hào)主變壓器加裝了變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從原來(lái)的定期檢測(cè)改進(jìn)為實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

1.1 油中溶解氣體色譜分析

油中溶解氣體色譜分析方法主要有特征氣體組分法、產(chǎn)氣速率法以及更為有效、精確的比值法，其循序漸進(jìn)、相互影響。絕緣油色譜分析報(bào)告見表1、表2。

表1 2015年第一季度油色譜分析報(bào)告

表2 2015年第二季度油色譜分析報(bào)告

1.1.1 特征氣體組分法

變壓器內(nèi)部故障主要分為過(guò)熱故障和放電故障兩種，利用特征氣體組分法可對(duì)故障類型進(jìn)行初判。變壓器不同故障情況與特征氣體的對(duì)應(yīng)情況見表3。

表3 變壓器油溶解氣體組分與故障判斷

變壓器內(nèi)部的絕緣材料主要為油、紙及紙板。絕緣油長(zhǎng)期在電和熱的作用下，逐漸劣化分解。試驗(yàn)表明：隨著故障部位溫度的不斷升高，絕緣油裂解產(chǎn)生的特征烴類氣體次序?yàn)椋篊H4、C2H6、C2H4、C2H2。當(dāng)發(fā)熱溫度低于300℃時(shí)，絕緣油內(nèi)部產(chǎn)生H2和低分子烴類氣體，其中主要特征氣體為CH4和C2H6。當(dāng)過(guò)熱溫度在300～700℃時(shí)，C2H6氣體易分解成C2H4和H2，且兩種氣體同時(shí)產(chǎn)生。此時(shí)主要特征氣體為C2H4和CH4，次要?dú)怏w組分為C2H6和H2。當(dāng)熱過(guò)溫度高于700℃時(shí)，器身內(nèi)部常伴隨放電異常，C2H2逐漸成為主要特征氣體，故障點(diǎn)溫度越高，越容易生成C2H2氣體，但其含量一般不大于C2H6的10%。此外，熱故障還會(huì)產(chǎn)生大量的CO和CO2氣體，兩種氣體長(zhǎng)期積累，含量較多。

絕緣紙及紙板主要成分為纖維素，其裂解的有效溫度高于105℃，完全裂解和碳化的有效溫度高于300℃。纖維素?zé)岱纸獾臍怏w組分主要為CO和CO2，同時(shí)溫度與CO/CO2比值成正比。

由表1、表2可以看出，C2H2氣體含量最少，C2H6和H2氣體含量次之，CH4和C2H4氣體含量大體相同，CO和CO2氣體長(zhǎng)期累積，含量最高。主要?dú)怏w成分為CO、CO2、CH4、C2H4，次要?dú)怏w成分為H2、C2H6，結(jié)合表3可初步判斷變壓器內(nèi)部存在絕緣油老化以及油、紙嚴(yán)重過(guò)熱故障，局部過(guò)熱溫度在300℃以上。

1.1.2 產(chǎn)氣速率分析法

產(chǎn)氣速率分為絕對(duì)產(chǎn)氣速率和相對(duì)產(chǎn)氣速率兩種。絕對(duì)產(chǎn)氣速率，即每運(yùn)行日產(chǎn)生某種氣體的平均值(注意值及計(jì)算值見表4)。相對(duì)產(chǎn)氣速率，即每運(yùn)行月某種氣體含量增加占原有值的百分?jǐn)?shù)的平均值。產(chǎn)氣速率分析法能更直觀地反映出故障的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展速度，當(dāng)達(dá)到或超過(guò)注意值時(shí)，說(shuō)明變壓器內(nèi)部故障發(fā)展較快，可提前幫助專業(yè)人員作出判斷，防止故障迅速擴(kuò)大無(wú)法控制。

表4 產(chǎn)氣速率注意值和計(jì)算值

油中絕緣介質(zhì)老化會(huì)產(chǎn)生氣體，但速率是非常緩慢的。通常過(guò)熱故障和放電故障的產(chǎn)氣速率不同，過(guò)熱故障相對(duì)較慢。過(guò)熱故障與放電故障的特征氣體增長(zhǎng)速率也不相同，過(guò)熱故障中 C2H4和CH4增長(zhǎng)較快，放電故障中C2H2增長(zhǎng)較快。分析表1、表2可知，C2H4增長(zhǎng)了74%，CH4增長(zhǎng)了32%，而C2H2本身含量就很低，較前次取樣增長(zhǎng)了16%，H2增長(zhǎng)了17%。由表1、表2和表4可知，總烴的絕對(duì)產(chǎn)氣速率未超過(guò)注意值，但C2H4和CH4增長(zhǎng)仍較快，同時(shí)總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率為11.08%，超過(guò)規(guī)程要求的10%。依據(jù)產(chǎn)氣速率分析，可判斷出近期變壓器內(nèi)部的過(guò)熱故障發(fā)展較快。

1.1.3 三比值判斷法

現(xiàn)今推廣使用的主要是改良后的三比值法，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)故障判斷準(zhǔn)確率在80%以上。絕緣油內(nèi)特征氣體組分含量以及相對(duì)產(chǎn)氣速率超過(guò)注意值，利用三比值法可更為準(zhǔn)確地判斷故障部位。按照表2計(jì)算得出K1：C2H2/C2H4=0.01為編碼0；K2：CH4/H2=2.66為編碼2；K3：C2H4/C2H6=3.43為編碼2，參照表5進(jìn)一步得出變壓器故障類型為高溫過(guò)熱，具體故障有可能是分接開關(guān)接觸不良、層間絕緣不良、鐵芯多點(diǎn)接地引線夾件螺絲松動(dòng)或接頭焊接不良局部短路等(見表5)。

表5 故障性質(zhì)判斷

1.2 電氣性能試驗(yàn)

針對(duì)上述故障實(shí)例，需進(jìn)行針對(duì)性的電氣性能試驗(yàn)。分接開關(guān)主要安裝于高壓繞組部位，接觸不良時(shí)會(huì)導(dǎo)致繞組變比和直流電阻發(fā)生變化，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫比和縱比，可發(fā)現(xiàn)其是否存在異常。然后分析繞組可能存在的問(wèn)題，即匝間短路、層間絕緣不良泄漏電流增大、局部渦流過(guò)熱或接頭處過(guò)熱等，匝間短路會(huì)導(dǎo)致繞組直流電阻與變比值發(fā)生變化，絕緣不良、局部過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致泄漏電流和介質(zhì)損耗增大。最后分析鐵芯、夾件以及局部磁通形成回路過(guò)熱的問(wèn)題，鐵芯、夾件都僅允許一點(diǎn)接地，可通過(guò)絕緣電阻試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。部分變壓器鐘罩與基礎(chǔ)、鐘罩與封閉母線、套管等存在漏磁現(xiàn)象，可導(dǎo)致局部過(guò)熱，現(xiàn)場(chǎng)用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行整體測(cè)試，未發(fā)現(xiàn)局部過(guò)熱點(diǎn)。表6中變壓器鐵芯絕緣電阻值為0Ω，可證實(shí)鐵芯存在多點(diǎn)金屬性接地故障，隨后安排變壓器停運(yùn)進(jìn)行器身內(nèi)部檢查處理。

表6 電氣性能試驗(yàn)

2 故障處理

2.1 故障部位確定

對(duì)主變壓器排油，專業(yè)人員進(jìn)入人孔，用工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行各部位檢查。重點(diǎn)檢查鐵芯和夾件肢板的接觸情況，矽鋼片是否有波浪鼓起，矽鋼片是否有竄出，上下夾件與鐵芯、鐵芯柱與拉板、下鐵軛與器身底部有無(wú)異物橋接短路等。在進(jìn)行鐵芯上鐵軛夾件肢板部位排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)有多處矽鋼片竄出，部分已接觸導(dǎo)通(見圖1～圖3)。

圖1 鐵芯上鐵軛矽鋼片竄出

圖2 鐵芯多點(diǎn)接地故障部位

圖3 鐵芯多點(diǎn)接地故障部位放大圖

2.2 故障處理過(guò)程

現(xiàn)場(chǎng)使用吊鉤、鋼絲繩等對(duì)夾件進(jìn)行懸掛保護(hù)，接著緩慢松開上夾件緊固螺栓，但不能完全脫開。然后用千斤頂將兩側(cè)夾件肢板橫向撐開，用專用工具對(duì)上鐵軛部位竄出的矽鋼片進(jìn)行復(fù)位整理，平整后沿內(nèi)側(cè)縱向墊入絕緣紙板，最后緊固夾件螺栓。同時(shí)對(duì)其余部位的鐵芯和夾件肢板進(jìn)行了墊板加固處理。處理過(guò)程見圖4、圖5。

圖4 鐵芯上夾件橫向撐開

圖5 上夾件鐵芯矽鋼片復(fù)位

2.3 故障處理效果

主變壓器回罩、抽真空、注油靜置后，電氣性能試驗(yàn)和油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足規(guī)程要求，設(shè)備至今運(yùn)行正常。

3 結(jié) 語(yǔ)

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：鐵芯接地故障已成為變壓器頻發(fā)性故障之一，它在變壓器總事故中可占到30%～50%，列第三位，應(yīng)引起足夠重視。對(duì)于大型油浸式變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障，油中氣體色譜分析方法具有比較高的靈敏度，能較早地發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行故障定位，結(jié)合各類檢查和電氣性能試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，可對(duì)故障部位作出準(zhǔn)確判斷，此次處理經(jīng)驗(yàn)可供存在類似問(wèn)題的電力企業(yè)參考。

[1] GB/T 573—2010 電力變壓器檢修導(dǎo)則[S].北京:中國(guó)電力出版社,2010.

[2] GB/T 14542—2005 運(yùn)行變壓器油維護(hù)管理導(dǎo)則[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[3] DL/T 417—2006 電力設(shè)備局部放電現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量導(dǎo)則[S].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

[4] GB 1094.3—2003 電力變壓器 第3部分 絕緣水平、絕緣試驗(yàn)和外絕緣空氣間隙[S].北京:中國(guó)質(zhì)檢出版社,2003.

DiagnosisandSolutionofIronCoreMultipointEarthingFaultsofOil-immersedTransformer

REN Zhongwei, WANG Xu, WANG Fuwen

(YellowRiverWanjiazhaiWaterMulti-purposeDamProjectCo.,Ltd.WanjiazhaiHydropowerStation,Xinzhou036412,China)

Wanjiazhai Hydropower Station 2# main transformer is operated till 2015. It is discovered that high temperature overheating faults are available in the transformer during gas dissolved in oil chromatographic analysis in the first quarter and the second quarter. The iron core insulation resistance is measured, and the resistance value is 0 Ω. In the paper, how to utilize transformer gas dissolved in oil chromatographic analysis, electric performance test and other methods for fault diagnosis and recognition is described through solving iron core multi-point earthing faults of Wanjiazhai Hydropower Station 220kV large oil-immersed transformer, and the equipment fault solutions are introduced as reference for you.

transformer; iron-core multi-point earthing; fault solution

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.011.007

TV73

B

1673-8241(2017)011-0024-05