一起66 kV變電站主變鐵心多點(diǎn)接地故障的分析與處理

李鋼， 戚革慶， 柳尚一， 潘超， 劉建國

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司大連供電公司，遼寧 大連 116001)

一起66 kV變電站主變鐵心多點(diǎn)接地故障的分析與處理

李鋼， 戚革慶， 柳尚一， 潘超， 劉建國

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司大連供電公司，遼寧 大連 116001)

針對一起66 kV變電站主變鐵心多點(diǎn)接地故障實(shí)例，詳細(xì)闡述并分析了主變從投入系統(tǒng)到油色譜例行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)異常，再到跟蹤監(jiān)測、帶電診斷性試驗(yàn)，最后停電檢查、返廠吊罩定位故障點(diǎn)的全過程。通過這起主變故障原因的分析及處理，電網(wǎng)企業(yè)對廠家監(jiān)造、設(shè)備運(yùn)輸、驗(yàn)收試驗(yàn)及在線監(jiān)測等環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

變壓器；多點(diǎn)接地；油色譜；診斷性試驗(yàn)；吊罩

0 引 言

東北地區(qū)某66 kV變電站#2主變壓器，型號SZ11-50000/66，額定電壓(66±8×1.25%)/10.5 kV，高壓側(cè)為氣體絕緣全封閉組合電器(Gas Insulated Substation)進(jìn)線，高壓套管為油氣套管，低壓側(cè)為常規(guī)套管。該變壓器于2013年5月出廠，出廠序號130067，于翌年6月23日接入電網(wǎng)，投運(yùn)后平均負(fù)荷約20 MVA。

11月5日，試驗(yàn)人員在變壓器油色譜[1]例行監(jiān)測時(shí)發(fā)現(xiàn)該主變油中乙炔和總烴含量超過注意值(150 μL/L)，隨后于當(dāng)月7日，10日，12日，14日和17日接連進(jìn)行了5次油色譜跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)總烴依然嚴(yán)重超標(biāo)，且氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔含量均呈現(xiàn)出明顯增長趨勢。該變壓器自投運(yùn)起至11月17日停電，共進(jìn)行過11次油色譜試驗(yàn)，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 #2主變油色譜監(jiān)測數(shù)據(jù)

11月15日，變電運(yùn)維人員在巡視中發(fā)現(xiàn)該主變鐵心對地電流達(dá)到6 000 mA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》[2]規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值上限(100 mA)。公司運(yùn)維檢修部決定于11月17日將該變壓器退出運(yùn)行。

#2主變壓器退運(yùn)前系統(tǒng)運(yùn)行方式為：66 kV寶新線受電帶#2主變運(yùn)行送10 kV Ⅱ段母線；66 kV瓦新線受電帶#1主變運(yùn)行送10 kV I段母線；10 kV分段開關(guān)在分位，為分段備自投運(yùn)行方式，變電站一次接線圖如圖1所示。

圖1 一次接線圖

11月17日，變電站運(yùn)維人員根據(jù)調(diào)度令進(jìn)行了如下操作：合上I、II母分段開關(guān)；依次拉開#2主二次開關(guān)、#2主一次開關(guān)以及#2主一次開關(guān)兩側(cè)刀閘、#2主二次開關(guān)兩側(cè)刀閘，從而實(shí)現(xiàn)#2主變所代Ⅱ母20MVA負(fù)荷由#1主變代送，#2主變退出運(yùn)行。試驗(yàn)人員隨后對該主變進(jìn)行診斷性試驗(yàn)[3]，主要包括低壓側(cè)直流電阻測試，低壓側(cè)絕緣電阻測試及鐵心、夾件的絕緣電阻測試。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該主變鐵心對夾件及地絕緣電阻為700 MΩ，而夾件對鐵心及地絕緣電阻僅40 MΩ，鐵心與夾件間絕緣電阻僅30 MΩ，較初始試驗(yàn)值大幅降低，遠(yuǎn)低于《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》上的標(biāo)準(zhǔn)值下限(1 000 MΩ)，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表2所示。試驗(yàn)人員在施加2 500 V電壓進(jìn)行鐵心、夾件絕緣電阻測試過程中，可聽到主變內(nèi)部有清脆放電聲，而測試數(shù)據(jù)隨放電聲不斷跳變，表2中所列測試值皆為最大值。

表2 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1 故障分析

在診斷性試驗(yàn)中，首先對變壓器的低壓側(cè)繞組直流電阻進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)合格，說明主變繞組接頭的焊接質(zhì)量合格，繞組不存在匝間短路情況；隨后對主變低壓側(cè)進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)及SF6氣體濕度檢測[4](微水)試驗(yàn)，測試結(jié)果均合格，說明該主變低壓繞組不存在絕緣受潮、部件表面受潮或臟污以及貫穿性的缺陷；對主變鐵心及夾件絕緣電阻試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)較交接試驗(yàn)時(shí)大幅下降，且運(yùn)行中鐵心接地電流值達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值上限60倍，說明鐵心與夾件部位可能存在貫穿性的集中缺陷，同時(shí)油色譜跟蹤檢測結(jié)果顯示總烴超過注意值，而甲烷和乙烯占比重較大，乙炔值較低(少于5 μL/L)，三比值編碼[5]為022，證明油中存在高溫過熱的現(xiàn)象，故障點(diǎn)溫度超過700 ℃，判斷可能是主變內(nèi)引線夾件螺栓松動或接頭焊接不良，鐵心內(nèi)發(fā)生渦流損耗引起銅過熱、鐵心漏磁和局部短路。

綜合以上各項(xiàng)診斷性試驗(yàn)的測試結(jié)果，技術(shù)人員分析得出該主變符合鐵心多點(diǎn)接地的故障特征。由此可推斷，主變鐵心、夾件及其之間的絕緣出現(xiàn)損壞，使得其絕緣能力大幅降低，從而導(dǎo)致主變在運(yùn)行過程中發(fā)生絕緣擊穿，造成鐵心多點(diǎn)接地，形成電流回路，引起鐵心過熱，進(jìn)而使鐵心、夾件附近變壓器油質(zhì)劣化[6]，最終通過油色譜的異常數(shù)據(jù)反映出來。

經(jīng)公司運(yùn)檢部決定該變壓器立即返廠進(jìn)行吊罩[7]檢查，確認(rèn)故障部位和產(chǎn)生原因。

2 吊罩檢查

公司運(yùn)維檢修部、狀態(tài)評價(jià)班、變電檢修室試驗(yàn)專業(yè)、主變所在縣級市供電分公司技術(shù)人員在某變壓器廠對該主變進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)和解體檢查分析。

圖2 固定螺母松動

圖3 上鐵軛與夾件定位板間放電痕跡

變壓器起罩后，對主變上鐵軛和夾件檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)變壓器上夾件靠近有載分接開關(guān)側(cè)的定位板固定螺母松動，如圖2所示，此時(shí)使用數(shù)字兆歐表測量下鐵軛對夾件絕緣電阻，數(shù)據(jù)顯示不合格，隨后試驗(yàn)人員將一塊絕緣紙板插入該定位板與上鐵軛之間的縫隙中，復(fù)測下鐵軛對夾件絕緣電阻，此時(shí)數(shù)值顯示為3 800 MΩ(合格)，拆下該定位板后，可以看到明顯的上鐵軛對定位板放電痕跡，如圖3所示，兩者間原先固定的絕緣紙板已脫落并移位。

上鐵軛與夾件定位板間絕緣紙板的脫落、移位導(dǎo)致鐵心與夾件間絕緣遭到破壞，甚至出現(xiàn)放電現(xiàn)象，成為引發(fā)變壓器鐵心多點(diǎn)接地的直接原因。而這與吊罩前技術(shù)人員對故障原因的分析和故障點(diǎn)的判斷相吻合。

圖4 定位板絕緣墊塊

圖5 主變線圈與下夾件固定板

圖6 有載調(diào)壓分接開關(guān)均壓帽

在對定位板拆除的過程中，發(fā)現(xiàn)定位板與變壓器外殼間的4塊絕緣墊塊有兩塊嚴(yán)重破損，導(dǎo)致上夾件與變壓器外殼間的絕緣遭到破壞，這可以解釋11月17日停電診斷試驗(yàn)中測得夾件對地絕緣電阻過小(30 MΩ)的現(xiàn)象，定位板上破損的絕緣墊塊如圖4所示。

在對變壓器三相繞組線圈的外觀檢查中發(fā)現(xiàn)，主變鐵心與線圈整體發(fā)生輕微偏移，且變壓器箱體與下夾件固定處絕緣木塊出現(xiàn)擰彎現(xiàn)象，這種潛伏性故障是電力變壓器安全運(yùn)行的一大隱患，長期運(yùn)行將使繞組的機(jī)械性能下降，甚至引發(fā)局部放電從而導(dǎo)致絕緣擊穿。詳情如圖5所示。

在對有載調(diào)壓開關(guān)外觀進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)有載調(diào)壓開關(guān)多處均壓帽未固定牢靠，如圖6所示。有載調(diào)壓分接開關(guān)對提高供電系統(tǒng)的電壓合格率至關(guān)重要，主變吊罩后必須對其進(jìn)行詳細(xì)的檢查，早在2003年，大慶油田一次變電所便發(fā)生過一起因有載分接開關(guān)上的接地故障引發(fā)的主變鐵心多點(diǎn)接地事故[8]。

此外，在吊罩的過程中還發(fā)現(xiàn)油箱底部有灼傷的絕緣紙片和脫落的絕緣木塊，反映出設(shè)備生產(chǎn)廠家在制造工藝方面存在一定缺陷。

3 結(jié)束語

總體來說，本起主變絕緣故障的原因是由于變壓器上夾件靠近有載分接開關(guān)側(cè)的定位板固定螺母松動，上鐵軛與上夾件定位板間的絕緣紙板脫落、移位，同時(shí)該定位板與變壓器外殼間絕緣墊塊發(fā)生破損，在并網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，鐵心與夾件間絕緣以及夾件與主變外殼間絕緣遭到破壞，從而導(dǎo)致了上鐵軛對定位板放電形成主變鐵心多點(diǎn)接地故障。

在實(shí)際工程中，限制多點(diǎn)接地故障的措施有串接限流電阻法[9]、電容放電沖擊法以及交流高壓法[10]等。串接限流電阻的方法作為鐵心接地電流超標(biāo)后在不停電狀態(tài)下保持變壓器正常運(yùn)行的臨時(shí)處理方法，在故障初期綜合考慮了電網(wǎng)負(fù)荷分配和電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益，但該方法對于鐵心內(nèi)硅鋼片片間短路造成鐵心渦流損耗增大而引發(fā)的過熱則效果不明顯；電容放電沖擊法和交流高壓法適用于變壓器內(nèi)因流動性殘留金屬異物短接引發(fā)的鐵心多點(diǎn)接地故障，根據(jù)鐵心接地電阻的測量結(jié)果采取對應(yīng)方法，該試驗(yàn)須綜合考慮系統(tǒng)負(fù)荷、氣候、經(jīng)濟(jì)性和可操作性等多方面因素，但對于大多數(shù)的鐵心多點(diǎn)接地故障，仍需吊罩處理才能夠從根本上解決問題。

通過這起主變鐵心多點(diǎn)接地故障的分析與處理，對廠家監(jiān)造、設(shè)備運(yùn)輸、驗(yàn)收試驗(yàn)及在線監(jiān)測等各方面提出更高的要求：一是電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)對監(jiān)造工作嚴(yán)格把關(guān)，派駐監(jiān)造代表對生產(chǎn)制造廠實(shí)施全過程質(zhì)量巡檢見證；二是電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)對變壓器的運(yùn)輸和裝卸流程嚴(yán)格把關(guān)，大型設(shè)備在運(yùn)輸時(shí)應(yīng)裝有沖擊記錄儀，并在安裝后進(jìn)行嚴(yán)格的變壓器繞組變形試驗(yàn)，嚴(yán)防因震動、磕碰、外力沖撞等因素造成設(shè)備損傷；三是電網(wǎng)企業(yè)在維護(hù)過程中，對交接、例行試驗(yàn)、大修改造以及帶電檢測工作要高度重視，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，提前發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷和隱患；四是加強(qiáng)油色譜在線監(jiān)測技術(shù)的推廣，與傳統(tǒng)定期油樣檢測互為補(bǔ)充，為設(shè)備維護(hù)提供準(zhǔn)確、及時(shí)、連續(xù)的決策依據(jù)，進(jìn)一步提高變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

[1] 范松海，樊文芳，王銘民，等．變壓器油色譜在線檢測與故障診斷應(yīng)用[J]．電氣自動化，2015，37(5)：60-62．

[2] Q/GDW 1168-2013 輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S]．北京：中國電力出版社，2013．

[3] 李建明．高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法[M]．2版.北京：中國電力出版社，2001．

[4] SAHA T K，PURKAIT P．Understanding the impacts of moisture and thermal ageing on transformer’s insulation by dielectric response and molecular weight measurements[J]．IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2008，15(2)：568-582．

[5] 劉一，倪遠(yuǎn)平．三比值灰關(guān)聯(lián)度分析的變壓器故障診斷法[J]．高電壓技術(shù)，2002，28(10)：16-17．

[6] 郭偉，韓玉停，徐旭初，等．一臺220 kV主變在繞組故障分析與處理過程中引發(fā)的思考[J]．中國電力，2015，48(10)：107-112.

[7] 李廣瑞，侯峰，陳勝利，等．變壓器總烴超標(biāo)原因分析與處理[J]．中國電力，2010，43(8)：53-56.

[8] 張德貴，陳秀麗，應(yīng)?。?10 kV變電站1號主變鐵心多點(diǎn)接地故障的分析與處理[J]．變壓器，2005，42(2)：46-46．

[9] 趙殿全，候安家，王兵，等．500 kV變壓器夾件多點(diǎn)接地分析與處理[J]．高電壓技術(shù)，2003，29(10)：56-57．

[10] 李猛克．變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障診斷及處理[J]．內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2010，28(2)：59-60．

Analysis and Processing of a Multi-point Earthing Fault in the Magnetic Core of the Main Transformer at a 66kV Substation

Li Gang, Qi Geqing, Liu Shangyi, Pan Chao, Liu Jianguo

(Dalian Power Supply Co., State Grid Liaoning Electric Power Co.,Ltd., Dalian Liaoning 116001, China)

With regards to the multi-point earthing fault example of the magnetic core of the main transformer at a 66kV substation, this paper explains and analyzes the whole process from input of the main transformer into the system, detection of abnormal result of regular oil chromatograph test, tracking monitoring and live diagnostic test, up to inspection after power cut, and localization of fault point after hang cover transportation back to the factory. Through the analysis of the causes and the processing of the fault of the main transformer, the grid enterprise presents higher standards for manufacturer monitoring, equipment transportation, acceptance test and online monitoring.

transformer;multi-point earthing; oil chromatography;diagnostic test;hang cover

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.05.025

TM61

A

1000-3886(2016)05-0079-03

李鋼(1985-)，男，上海人，碩士生，工程師，從事電力系統(tǒng)狀態(tài)評價(jià)、高壓試驗(yàn)及保護(hù)自動化領(lǐng)域的分析研究工作。

定稿日期: 2016-03-04