海洋環(huán)境下干式變壓器的故障預(yù)測與運行管理

顏光前

中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300450

引言

干式變壓器在海洋石油平臺電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，干式變壓器通常由鐵芯、繞組、附屬裝置組成。其中鐵芯通常由硅鋼片組成，繞組通常采用環(huán)氧樹脂澆注的方法，干式變壓器通常配有散熱風(fēng)機、溫度控制器、有載調(diào)壓器等附件。干式變壓器具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)工作量小等優(yōu)點。與油浸式變壓器相比干式變壓器沒有漏油的風(fēng)險，在火災(zāi)、爆炸、污染環(huán)境等方面的風(fēng)險較低。

海洋環(huán)境具有高鹽霧、高濕度、夏季高溫等特點，因此在海洋石油平臺中使用的設(shè)備多要求具備防鹽霧、防濕熱、防腐蝕的要求。通常情況下干式變壓器被安裝在海洋石油平臺的上的房間內(nèi)，房間通常產(chǎn)用通風(fēng)換熱。干式變壓器雖然沒有直接處于海洋環(huán)境下，但風(fēng)機使房間內(nèi)部仍與外界環(huán)境保持互通，干式變壓器仍處于高鹽霧、高濕度的狀態(tài)。干式變壓器處于較為特殊的海洋環(huán)境，為了保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，變壓器的運行監(jiān)測、故障預(yù)測等方面工作在設(shè)備的全周期生命管理中較為重要。

1 干式變壓器的常見故障

在海洋石油工業(yè)實際運行過程中，干式變壓器主要在鐵芯多點接地、接頭過熱、表面受潮、表面污染、內(nèi)部異物、調(diào)壓器分接頭、內(nèi)置風(fēng)機及溫度控制器等方面出現(xiàn)故障。

1.1 鐵芯多點接地 變壓器鐵芯一般能一點接地，不允許多點接地。變壓器運行過程中，低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與變壓器夾具之間存在電容。此部分電容可引起爬電或局部放電，甚至破壞變壓器絕緣。為了消除此部分電容所以鐵芯需要可靠接地。但若鐵芯多點接地，在接地點間會產(chǎn)生環(huán)流，進(jìn)而引起局部高溫或加速絕緣老化。

1.2 接頭過熱故障 在變壓器運行過程中，接線端子處由于虛接等原因產(chǎn)生大量熱量或發(fā)生局部放電，甚至嚴(yán)重?fù)p壞變壓器。接頭過熱的原因主要有端子松動、銅鋁連接、表面雜質(zhì)、導(dǎo)電膏稀薄等。變壓器繞組引出端為銅質(zhì)，銅鋁連接在潮濕的鹽霧環(huán)境下會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，進(jìn)而引發(fā)導(dǎo)電不良，造成接頭過熱。在安裝制造過程中，銅鋁不可以直接連接。

1.3 表面受潮與污染 干式變壓器不同于油浸式變壓器，干式變壓器不需要密封處理，因此干式變壓器在運行過程中會積累灰塵。在變壓器停運檢查的過程中應(yīng)當(dāng)對內(nèi)部灰塵積累情況進(jìn)行檢查，若灰塵積累過多應(yīng)進(jìn)行處理。干式變壓器內(nèi)部灰層過多造成表面污染，將會影響設(shè)備散熱，造成局部高溫，甚至引起變壓器局部放電故障。表面受潮將會引發(fā)絕緣不良、爬電、局部放電等問題，且發(fā)生的位置不同將引起不同程度的危害。在海洋高濕度、高鹽霧的環(huán)境下，表面受潮問題發(fā)生的風(fēng)險較高。在變壓器長期停運后，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行充分干燥再投入運行。通常情況下，表面受潮與污染同時發(fā)生。

1.4 內(nèi)部異物 在變壓器初次運行或檢修后，易發(fā)生內(nèi)部異物故障。變壓器內(nèi)部處于高磁場狀態(tài)，內(nèi)部金屬異物受電磁感應(yīng)用作將發(fā)熱，或者造成局部絕緣不良、局部放電、局部振動異常等問題。異物也有可能劃傷繞組表面，造成絕緣破壞等問題。在變壓器安裝檢修過程中，需要避免遺落工具、備件等物品。通常在進(jìn)入變壓器外殼前，應(yīng)當(dāng)清理隨身物品，清點攜帶工具。在檢修完畢后，再次清點工具物料，避免遺漏。在安裝檢修過程中拆卸或使用的螺栓等小型備件，也應(yīng)進(jìn)行妥善保管。

1.5 附件異常 在海洋石油平臺中，干式變壓器普遍配置溫控器、內(nèi)部散熱風(fēng)機等附件。溫度探頭斷線、跳變等問題將造成斷路器誤動作等問題。內(nèi)部散熱風(fēng)機故障將造成干式變壓器高溫。通常大型干式變壓器內(nèi)置6個散熱風(fēng)機，若單個風(fēng)機故障，將使單相繞組或局部溫度異常。一般可以通過變壓器溫度控制器進(jìn)行判斷。由于風(fēng)機、探頭、溫度控制器等附屬裝置的存在，使干式電力變壓器內(nèi)部存在控制回路，控制回路的端子虛接也將影響變壓器的正常運行。

對海洋石油油田群電力組網(wǎng)中的升壓變壓器，通常配置有載調(diào)壓器，有載調(diào)壓器的接頭及檔位連接點等處也成為故障發(fā)生的風(fēng)險點，應(yīng)保持對其的檢查與維護(hù)。隨著，附屬裝置的增多，若裝置故障不牢將產(chǎn)生振動，影響變壓器的運行聲音，附件的固定裝置脫落也有產(chǎn)生內(nèi)部異物故障的風(fēng)險。

2 干式變壓器運行監(jiān)測的主要參數(shù)

為了能夠預(yù)測干式變壓器故障，海洋石油平臺通常配備變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測變壓器運行溫度、振動、局部放電等參數(shù)。在運行維護(hù)過程中，結(jié)合配電柜中的變壓器綜合保護(hù)裝置，能夠更為全面的監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)。

2.1 溫度監(jiān)測 變壓器高壓側(cè)繞組溫度，低壓側(cè)繞組溫度，鐵芯溫度是變壓器溫度監(jiān)測的重點。干式變壓器溫度控制系統(tǒng)中能夠顯示較為全面的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合環(huán)境溫度、濕度、變壓器帶載情況、及風(fēng)機運行情況，能夠分析變壓器溫度變化趨勢，變壓器溫度趨勢是預(yù)測變壓器運行狀態(tài)的一種方法。通常情況，變壓器內(nèi)部鐵芯溫度最高。干式變壓器低壓側(cè)繞組位于繞組內(nèi)圈，靠近鐵芯，且低壓側(cè)繞組電流大于高壓側(cè)繞組，低壓側(cè)繞組溫度一般高于高壓側(cè)繞組溫度。三相繞組溫度基本均衡，通常中間相溫度略高。變壓器內(nèi)置風(fēng)機的運行，受溫度探頭反饋數(shù)據(jù)控制。通常溫度控制器設(shè)置高溫報警與超溫跳閘信號，溫度控制器的報警信息也是溫度監(jiān)測的關(guān)鍵。

2.2 振動監(jiān)測 變壓器振動監(jiān)測由變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)中的溫度探頭采集數(shù)據(jù)，振動探頭通常位于干式變壓器外殼內(nèi)側(cè)。根據(jù)振動探頭布置的位置及數(shù)量不同，其監(jiān)測的范圍也不同。通常由于干式變壓器可能發(fā)生振動的部位較多，振動探頭難以完全準(zhǔn)備覆蓋。當(dāng)振動探頭發(fā)生報警時，應(yīng)及時進(jìn)行全面的檢查與緊固。通常在變壓器墊塊、端子、夾塊、外殼螺栓處易發(fā)生松動，此部分振動排查的重點。

2.3 局部放電監(jiān)測 局部放電數(shù)據(jù)的監(jiān)測是由變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)中的局部放電探頭采集數(shù)據(jù)，局部放電探頭均勻布置在變壓器外殼內(nèi)部。通過分析局部放電探頭數(shù)據(jù)，結(jié)合局部放電探頭布置位置，能夠初步判斷局部放電發(fā)生的位置。在變壓器運行監(jiān)測過程中，應(yīng)注意局部放電參數(shù)的變化趨勢。當(dāng)變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出局部放電報警時，應(yīng)及時分析并進(jìn)一步加強關(guān)注。

2.4 運行電流監(jiān)測 運行電流是干式變壓器日常監(jiān)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通常通過干式變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)對應(yīng)斷路器柜上的多功能表或綜合保護(hù)裝置讀取。干式變壓器正常運行狀態(tài)下，三相電流相互平衡，高壓側(cè)與低壓側(cè)電流按繞組變比變化。一般情況下，干式變壓器的運行電流、電壓數(shù)據(jù)發(fā)生明顯異常時，代表變壓器已出現(xiàn)嚴(yán)重故障。此時配電系統(tǒng)中的綜合保護(hù)裝置能后及時進(jìn)行保護(hù)動作。干式變壓器運行電流在日常監(jiān)測中，只要用于分析確定變壓帶載情況，配合分析變壓器溫度變化趨勢。對于電網(wǎng)調(diào)度人員，運行電流用于參考調(diào)度方案的調(diào)整，避免形成變壓器過載故障。

2.5 差動電流監(jiān)測 變壓器差動電流用于計算與判斷變壓器差動保護(hù)，差動保護(hù)是變壓器的主保護(hù)。差動保護(hù)由綜合保護(hù)裝置實現(xiàn)，變壓器差動保護(hù)可以反應(yīng)干式變壓器繞組間故障及接地故障。可以在綜合保護(hù)裝置上查看，變壓器差動電流。正常情況下，變壓器差動電流為零。在變壓器初次投用或檢修后投用，應(yīng)重點關(guān)注變壓器差動保護(hù)電流。但變壓器繞組間故障往往是發(fā)生較快，現(xiàn)場人員難以預(yù)測與干預(yù)。差動電流由綜合保護(hù)裝置實時監(jiān)測，現(xiàn)場運維人員的監(jiān)測通常作為變壓器升級管理的一項內(nèi)容。

2.6 零序電流監(jiān)測 零序電流的監(jiān)測與差動電流基本一致，零序電流主要用于接地保護(hù)。但與差動保護(hù)不同，在特殊情況下，零序電流是逐漸增大至保護(hù)動作值，觀察與監(jiān)測零序電流的變化趨勢也是變壓器升級管理的一項內(nèi)容。

3 干式變壓器的全壽命周期管理

基于對干式變壓器常見故障的分析與預(yù)測，結(jié)合干式變壓器運行關(guān)鍵參數(shù)變化趨勢的分析，實現(xiàn)干式變壓器的全壽命周期管理。

3.1 維護(hù)保養(yǎng)

3.2.1 日常運行檢查 在干式變壓器的日常檢查中，重點關(guān)注運行監(jiān)測參數(shù)，注重數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可對比性。數(shù)據(jù)的可對比性即是在數(shù)據(jù)記錄盡可能保持在每日的相同時間段，以便于對比數(shù)據(jù)變化趨勢，此外如環(huán)境溫度等相關(guān)的干擾參數(shù)也應(yīng)該納入記錄。

3.2.2 周期性預(yù)防維護(hù) 干式變壓器的周期性預(yù)防性維護(hù)主要分為月檢、季檢、年檢、大修。月度與季度的維護(hù)保養(yǎng)在參數(shù)記錄的基礎(chǔ)上注重使用點溫槍、熱成像儀、局部放電監(jiān)測儀等專業(yè)工具進(jìn)行測量，月度與季度維護(hù)保養(yǎng)通常保持變壓器的原有運行狀態(tài)。年檢、大修注重在變壓器退出運行狀態(tài)下的檢查維護(hù)，主要包括灰塵清潔、端子緊固等。變壓器的日常檢查、月檢、季檢、年檢、大修逐級強化檢查，又是相符相成的。日常檢查發(fā)現(xiàn)的趨勢在后續(xù)檢查中得以進(jìn)一步確認(rèn)及處理，細(xì)化檢查中的問題又指導(dǎo)日常檢查的重點方向。

3.2 設(shè)備資料管理

3.2.1 關(guān)鍵設(shè)備資料 設(shè)備資料是變壓器的全壽命記錄，關(guān)鍵記錄主要包括：技術(shù)參數(shù)、廠家說明書、調(diào)試報告、相關(guān)證書、維護(hù)保養(yǎng)記錄、故障維修報告等。

3.2.2 資料管理的意義 對于海洋環(huán)境下干式變壓器的檢查與管理是基本統(tǒng)一的，但是對每一臺單獨變壓器，其檢查關(guān)注的側(cè)重點又會有所不同。不同點主要在于此變壓器曾經(jīng)發(fā)生的故障、隱患等，此方面內(nèi)容正是設(shè)備全周期資料的主要意義。此外，設(shè)備資料在設(shè)備更換、改造等方面也有重要意義。

4 結(jié)語

在高溫、高濕、高鹽霧的海洋環(huán)境下，對干式變壓器的運行管理有著較高的要求，基于變壓器常見故障分析預(yù)測及仔細(xì)的參數(shù)監(jiān)測，結(jié)合維護(hù)保養(yǎng)與資料管理能夠更好的對變壓器進(jìn)行全壽命周期維護(hù)。