一起110 kV主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作后的故障綜合診斷分析

孫勝濤 李 飛 耿 寧 劉 林

（山東淄博供電公司，山東淄博255000）

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)的核心樞紐設(shè)備，起著承上啟下的電能轉(zhuǎn)換作用，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全[1]。由于存在諸多不可避免的外部因素，變壓器在運(yùn)行過程中存在經(jīng)受近區(qū)出口短路故障沖擊的情況，短路沖擊故障帶來的影響包括：（1）變壓器輕度故障，為了保證供電連續(xù)性，其經(jīng)過簡單處理后帶隱患投運(yùn)；（2）變壓器重度故障，直接退出運(yùn)行[2-3]。因此，在變壓器出現(xiàn)故障停運(yùn)后，如何通過現(xiàn)有的檢測手段準(zhǔn)確、及時(shí)判斷變壓器的當(dāng)前狀態(tài)，有效指導(dǎo)運(yùn)檢人員處理故障，對于縮短停電時(shí)間、提高變壓器的安全可靠性至關(guān)重要。

本文針對一起110 kV主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作后的故障綜合診斷分析，準(zhǔn)確判斷出了故障位置，為人員及時(shí)制定與實(shí)施檢修策略提供了指導(dǎo)。

1 現(xiàn)場試驗(yàn)及故障分析

某型號為SFSZ10-63000/110的110 kV主變，連接組別為YNyn＋0d11，電壓比為（110±8×1.25%）/（38.5±2×2.5%）/10.5 kV，制造日期為2005年12月，投運(yùn)日期為2006年10月。2019年3月21日凌晨，主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作突然停運(yùn)，試驗(yàn)人員趕赴現(xiàn)場開展搶修工作。經(jīng)了解，該主變在近兩年內(nèi)，因10 kV側(cè)出線開關(guān)多次出現(xiàn)故障跳閘，低壓側(cè)繞組遭受了多次近區(qū)出口短路沖擊。試驗(yàn)情況具體如下：

1.1 油中溶解氣體分析

主變跳閘后，試驗(yàn)人員立即對變壓器本體油樣和瓦斯氣體繼電器氣體進(jìn)行油中溶解氣體分析，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，各種氣體組分，尤其是烴類氣體組分均有大幅增加，其中乙炔超過150 μL/L，油色譜三比值分析結(jié)果為102，初步判斷變壓器本體內(nèi)部發(fā)生電弧放電性故障，故障類型可能為變壓器繞組匝間、層間短路，分接開關(guān)分接頭發(fā)生油隙閃絡(luò)，繞組引線對箱殼放電等。

另外，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)變壓器發(fā)生磁路故障時(shí)，乙炔含量不大，并且乙烯和乙烷含量比值較低；當(dāng)變壓器發(fā)生電回路故障時(shí)，乙炔含量高，并且乙烯和乙烷含量比值較大。因此，主變故障發(fā)生在繞組電回路的可能性較大。

表1 主變油中溶解氣體分析試驗(yàn)記錄（2019-03-21）

1.2 電氣試驗(yàn)

為進(jìn)一步確定變壓器的故障位置和類型，試驗(yàn)人員對主變進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)，包括繞組直流電阻、繞組和鐵芯絕緣電阻、繞組介損和電容量、繞組變形等試驗(yàn)項(xiàng)目。

1.2.1 繞組直流電阻測試

直流電阻能說明繞組是否開路或短路、分接開關(guān)是否接觸不良、繞組引出線連接是否完好等，還可以反映三相繞組的電流通路是否完好。通過對比本次和上次高、中、低壓三側(cè)直阻測試數(shù)據(jù)說明：高壓側(cè)繞組數(shù)據(jù)正常；中壓側(cè)繞組直阻不平衡率為2.59%，超過注意值（2%）；低壓側(cè)直阻不平衡率為37.7%，嚴(yán)重超過注意值（2%）。將上述數(shù)據(jù)換算為相電阻后，發(fā)現(xiàn)B相電阻Rb為21.81 mΩ，較上次增長了101%，初步判斷，低壓繞組B相可能存在短路故障。變壓器高壓、中壓、低壓繞組直流電阻測試數(shù)據(jù)分別如表2、表3、表4所示。

表2 變壓器高壓繞組部分檔位直流電阻

1.2.2 繞組整體介損及電容量

繞組介損和電容量的綜合分析可以判斷繞組是否存在變形、受潮或被擊穿等故障。高壓、中壓對其他各側(cè)繞組介損均正常，高壓側(cè)的電容量超過注意值（5%），低壓側(cè)繞組無法加壓至試驗(yàn)電壓（10 kV），無法測出介損值和電容量，判斷低壓繞組出現(xiàn)短路故障。變壓器繞組介損及電容量測試結(jié)果如表5所示。

1.2.3 繞組變形測試

頻率響應(yīng)分析法能夠判斷分布式參數(shù)繞組的變形情況。繞組變形測試曲線如圖1所示，高壓側(cè)繞組三相一致性較好；中壓側(cè)繞組在高頻段發(fā)生輕微變形，說明中壓側(cè)繞組出現(xiàn)輕微的整體移位現(xiàn)象；低壓側(cè)繞組低頻段波形一致性較好，說明繞組電感量基本不變，中頻段的波峰和波谷明顯變化，其原因是繞組電感和匝間電容發(fā)生串并聯(lián)交替諧振，繞組可能變形嚴(yán)重（扭曲、鼓包等），高頻段B相發(fā)生并聯(lián)諧振，繞組對地電容明顯變化，可能發(fā)生繞組整體移位現(xiàn)象[4-5]。由此判斷低壓繞組B相出現(xiàn)繞組變形。

表3 變壓器中壓繞組直流電阻

表4 變壓器低壓繞組直流電阻

表5 變壓器繞組介損及電容量測試結(jié)果

圖1 繞組變形測試曲線

2 變壓器解體驗(yàn)證

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，檢修人員迅速制定檢修策略，及時(shí)返廠進(jìn)行解體確認(rèn)。吊罩檢查發(fā)現(xiàn)：低壓繞組B相存在嚴(yán)重的絕緣擊穿、匝間短路、繞組變形等縱向絕緣損壞故障。主變低壓側(cè)繞組解體圖如圖2所示。這一檢查結(jié)果與繞組直流電阻測試數(shù)據(jù)分析、繞組介損和電容量變化情況及繞組變形試驗(yàn)特征曲線圖得出的分析結(jié)論相符；同時(shí)，通過對B相繞組拆鐵拔包檢查發(fā)現(xiàn)，鐵芯處有黑色碳化物，這種現(xiàn)象表明該臺(tái)主變發(fā)生高能量電弧放電現(xiàn)象，與油中溶解氣體分析結(jié)果一致。

圖2 主變低壓側(cè)繞組解體圖

3 結(jié)論

本文針對一起110 kV主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作后的故障綜合診斷分析，得出以下結(jié)論：

（1）一旦發(fā)生主變低壓側(cè)短路故障，應(yīng)安排人員取油樣和氣樣進(jìn)行油中溶解氣體分析，根據(jù)氣體組分變化趨勢確定變壓器運(yùn)行狀況，防止因累積效應(yīng)，變壓器出現(xiàn)故障跳閘。

（2）變壓器出現(xiàn)故障后，繞組直流電阻、繞組介損和電容量測試對判斷變壓器是否發(fā)生嚴(yán)重故障反映明顯。

（3）頻率響應(yīng)分析法繞組變形測試，可以直觀看出繞組異常。受短路沖擊后，繞組輕微變形，沒有發(fā)生絕緣破損現(xiàn)象，常規(guī)的電氣和油氣試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)此類潛伏性故障。

（4）國家電網(wǎng)公司2018版的十八項(xiàng)反措已經(jīng)將變壓器的抗短路能力定為重要測試條目，鑒于部分廠家誠信度不夠，銅中摻鋁的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致繞組抗短路能力不足。建議制造廠提供繞組和鐵芯樣品，通過電科院測試?yán)@組和鐵芯樣品是否符合合同要求，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。