大型水電站500kV主變壓器故障診斷分析及處理策略探討

付叢 于水 賴自強(qiáng)

摘要：伴隨社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家用電量的日漸增大，水電站作為發(fā)電的重要組成部分，越發(fā)受到國家重視，但其在日常運(yùn)行中，經(jīng)常會發(fā)生一些故障。本文以某大型水電站500kV主變壓器為研究對象，分析其出現(xiàn)總烴含量升高故障的原因，探討具體的處理對策，望能為此領(lǐng)域研究有所借鑒與幫助。

關(guān)鍵詞：大型水電站;500kV主變壓器;故障;處理

某大型水電站有著比較大的裝機(jī)容量，所采取的是傳統(tǒng)的一機(jī)一變接線的運(yùn)作方式，主變額定頻率50Hz，無勵(lì)磁調(diào)壓（-2×2.5%），聯(lián)結(jié)組別是YNd11，另外，在高壓繞組當(dāng)中的中性點(diǎn)，主要借助小電抗器來實(shí)現(xiàn)接地，ODWF為其冷卻方式，并且采用的是三相五柱式的內(nèi)部鐵心，總重為375噸。針對主變壓器的高壓引線而言，經(jīng)GIS開關(guān)站與油-氣套管來實(shí)現(xiàn)連接。在2015年時(shí)，此電站全部主變壓器均安裝了比較先進(jìn)的油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，且在其與公司診斷中心數(shù)據(jù)庫相連接，以此對設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測與遠(yuǎn)程讀取。本文結(jié)合當(dāng)前實(shí)況，就此主變壓器故障診斷及處理對策作一探討。

1.故障及原因分析

1.1故障分析

早在2010年時(shí)，某臺主變壓器已投運(yùn)，而在2018年5月時(shí)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心對此變壓器進(jìn)行診斷分析得知，其烴類氣體存在異常增長的情況，2018年7月，總烴絕對產(chǎn)氣速率得到了每天140mL，而相對產(chǎn)氣速率達(dá)到了102%。經(jīng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確采集發(fā)現(xiàn)，烴類氣呈現(xiàn)出持續(xù)增長態(tài)勢。另外，在整個(gè)絕緣油當(dāng)中，其特征氣體組分多為CH4、C2H4。結(jié)合最新修訂的《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》，利用其中所給出的改進(jìn)三比值法得知，該主變壓器發(fā)生了中溫過熱故障，溫度達(dá)到了300～650℃，而在誘發(fā)原因上，可能與導(dǎo)線接頭焊接不良、鐵心多點(diǎn)接地、分接開關(guān)接觸不良及股間短路引起過熱等因素有關(guān)。相關(guān)部門通過開展繞組變形試驗(yàn)、鐵心夾件絕緣電阻試驗(yàn)等，都沒有發(fā)現(xiàn)異常。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與離線油化試驗(yàn)數(shù)據(jù)彼此補(bǔ)充，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部總烴氣體有一定升高，且與限值接近（150μL/L）。

1.2原因分析

從發(fā)生故障一來，始終未找出原因，至此，選擇將該主變壓器返廠，廠家對其開展診斷試驗(yàn)以及解體檢查：（1）經(jīng)診斷試驗(yàn)得知，整個(gè)變壓器除了溫升試驗(yàn)局部由過熱情況之外，其它試驗(yàn)都顯示正常。（2）對變壓器的各個(gè)部分進(jìn)行檢查，都沒有發(fā)現(xiàn)局部過熱情況。（3）將低壓繞組中的紙筒拆除，從中得知，A相低壓繞組的下方（與鐵心相接近的地方）的A1繞組出頭外包紙絕緣存在顯著的過熱情況，而B、C兩相并沒有發(fā)現(xiàn)異常，因此，這便是變壓器總烴上升的原因（此處過熱）。

2.故障處理策略

低壓繞組所采用的是雙U型結(jié)構(gòu)，而對于下U型部分來講，實(shí)際是串聯(lián)結(jié)果（即A1、A2繞組），而上部分則為A4與A3串聯(lián)，另外，A3與A1均與鐵心相接近，上、下U型結(jié)構(gòu)之間呈并聯(lián)狀態(tài)。在整個(gè)繞組當(dāng)中，一共有38匝，并且5根CTC導(dǎo)線（無外包紙絕緣）對其進(jìn)行螺旋并繞，各根均為56股，而各股所存在的銅線截面為8mm2，工作電流為18A。導(dǎo)線長185m，出頭與軟銅纜引線（250mm2）焊連，A1底部出頭初始垂直段為過熱故障發(fā)生的位置。繞組的電流密度是2.2A/mm2，最大電流值為4.5/mm2。如果股線受損比較嚴(yán)重，那么電阻、電流密度明顯增大所引起的額外熱源，會造成局部過熱。另外，還需要指出的是，在強(qiáng)磁場當(dāng)中，因56股銅線持續(xù)持續(xù)換位狀態(tài)，其在感抗上要明顯大于電阻，因此，當(dāng)某股導(dǎo)線的電阻值出現(xiàn)持續(xù)增大情況時(shí)，其過流不會隨之而減少，因此，額外熱源會通過其截面受損情況而不斷增大。

由于此主變運(yùn)行較長時(shí)間后出現(xiàn)局部過熱故障，提示已存在比較嚴(yán)重的故障股線損傷，而且在具體的截面電流密度上，也有明顯增大;另外，對于故障銅線來講，其有整齊斷口（9mm），因此，股線損傷的部位可能有兩處，而斷線上段存在一尖角，即為燒斷處。

還需要指出的是，繞組出頭所對應(yīng)的絕緣實(shí)際是皺紋紙（外包20層），在其外面（共5層），也為皺紋紙，厚度為0.34mm，而其它都是0.075mm，最外的2層沒有被燒糊，提示過熱的銅線并沒有放電于外部構(gòu)件。另外，還需說明的是，在故障股線下斷口處，其電壓值是20kV，而上斷口所對應(yīng)的感應(yīng)電壓同樣是20kV，所以，上下斷口之間是處于等電位狀態(tài)，當(dāng)銅線出現(xiàn)熔斷情況后，殘留的金屬殘?jiān)冀K于原處搭接，沒有能夠全面斷開銅線，因此，其在放電條件上并不具備。由此表明，變壓器油當(dāng)中沒有乙炔。

基于上述分析可得知，在繞組修復(fù)后，可能會殘留一些安全隱患，除此之外，繞組的拆卸以及繞組已固化，易損壞繞組，尤其是在對繞組下半部分進(jìn)行更換時(shí)，有著更大的風(fēng)險(xiǎn)。所以，廠家通過對故障低壓繞組進(jìn)行更換的方法來處理此故障，故障消除。

3.結(jié)語

綜上，當(dāng)解體變壓器，并對其故障點(diǎn)展開深入分析后，發(fā)現(xiàn)故障情況一致于運(yùn)行中的故障情況，另外，在過熱溫度上也同樣保持一致，表明三比值法準(zhǔn)確且實(shí)用。需說明的是，因低壓繞組是該故障的發(fā)生部位，并且絕緣并沒有被全部燒穿，所以，需要對過熱故障點(diǎn)進(jìn)行排查，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，比如出現(xiàn)溫度異常升高且燒毀情況，那么便需要及時(shí)進(jìn)行更換，使整個(gè)設(shè)備保持正常、安全的運(yùn)行狀態(tài)。

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