變壓器本體色譜超標(biāo)故障分析及處理

馮安強(qiáng)

摘要：本文針對(duì)某110kV變壓器本體色譜超標(biāo)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出行之有效的處理方法。

關(guān)鍵詞：變壓器;故障原因;處理

1故障概述

110kV某站2號(hào)變壓器所配有載分接開關(guān)為正反調(diào)壓型。進(jìn)行本體油色譜例行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)乙炔達(dá)到282.72μL/L，氫氣達(dá)到401.28μL/L，對(duì)有載分接開關(guān)油室油進(jìn)行色譜分析。當(dāng)日對(duì)該變壓器進(jìn)行了高頻局部放電檢測(cè)、鐵芯接地電流檢測(cè)等帶電測(cè)試，未見異常。該變壓器自投運(yùn)以來，未經(jīng)受不良工況，上次停電例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常。

對(duì)變壓器本體及有載開關(guān)的油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析，本體油的特征組分氣體乙炔含量超標(biāo)，占總烴的72.4%，其他特征氣體增長(zhǎng)相比乙炔不顯著，乙炔異常增長(zhǎng)。計(jì)算變壓器本體與有載分接開關(guān)油中特征氣體含量的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)r接近0.9。一般情況下，r越接近于1，有載分接開關(guān)內(nèi)漏的可能性越大，但不排除有其他故障可能。因此初步判斷該變壓器可能存在有載開關(guān)滲漏，決定停電對(duì)有載開關(guān)進(jìn)行吊檢。

2現(xiàn)場(chǎng)檢查

對(duì)該有載開關(guān)進(jìn)行了吊檢，外觀檢查未見明顯滲漏痕跡，隨后對(duì)變壓器本體充入氮?dú)膺M(jìn)行正壓試驗(yàn)，未見明顯滲漏痕跡，判斷缺陷原因非有載開關(guān)內(nèi)漏。復(fù)裝開關(guān)，對(duì)變壓器進(jìn)行繞組變形、繞組連同套管的絕緣電阻和吸收比、繞組連同套管的介損及電容量、繞組直流電阻、鐵芯絕緣電阻、局部放電試驗(yàn)，均未見異常。對(duì)該變壓器進(jìn)行吊罩檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有載開關(guān)極性選擇器在動(dòng)靜觸頭端部之間有放電痕跡，而在觸頭正常接觸位置沒有放電痕跡，變壓器其他部位未見異常。

調(diào)取有載開關(guān)調(diào)壓記錄，該變壓器自投運(yùn)以來一直在9檔以下運(yùn)行，極性選擇器沒有動(dòng)作過，今年極性選擇器動(dòng)作20余次。

3故障原因分析與處理

3.1極性觸頭間的恢復(fù)電壓

對(duì)正反調(diào)壓型有載開關(guān)來說，極性選擇器的操作是在分接開關(guān)的中間。在“中間”位置上負(fù)載電流是不流過分接繞組的。在這個(gè)操作過程中，分接繞組與主繞組瞬間分離，分接繞組瞬間電位“懸浮”，此時(shí)在極性觸頭斷口間會(huì)產(chǎn)生懸浮電位。分接繞組的懸浮電位取決于相鄰繞組的電壓、分接繞組與相鄰繞組以及分接繞組對(duì)地部分之間的耦合電容。懸浮電位通常與分接繞組同主繞組接通時(shí)的電位是不相同的。

極性選擇器操作時(shí)，打開和閉合的觸頭間將會(huì)產(chǎn)生火花放電。打開觸頭上的開斷強(qiáng)度取決于觸頭打開時(shí)流過的電流和在火花放電熄滅時(shí)在斷口上升起的電壓（恢復(fù)電壓）?；鸹ǚ烹姰a(chǎn)生的電容電流數(shù)量級(jí)會(huì)達(dá)到102mA，由此引起變壓器油分解，產(chǎn)生特征氣體，及觸頭燒損。電容放電產(chǎn)生的密集氣泡會(huì)削弱轉(zhuǎn)換選擇器內(nèi)部絕緣間隙強(qiáng)度，甚至?xí)斐山^緣擊穿和調(diào)壓繞組燒毀事故。M型分接開關(guān)極性選擇器觸頭允許恢復(fù)電壓一般為35kV，V型分接開關(guān)極性選擇器觸頭允許恢復(fù)電壓一般為15kV。

因此本次故障開關(guān)的恢復(fù)電壓應(yīng)大于35kV。

3.2恢復(fù)電壓的理論計(jì)算

在變壓器有載開關(guān)選型時(shí)，一般按照經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算恢復(fù)電壓，以高壓側(cè)為星接的正反調(diào)壓開關(guān)為例，其繞組分布圖如圖所示。

對(duì)應(yīng)的有載開關(guān)恢復(fù)電壓計(jì)算公式見式：

式中：Ur+為主繞組末端對(duì)調(diào)壓繞組首端的恢復(fù)電壓;Ur-為主繞組末端對(duì)調(diào)壓繞組末端的恢復(fù)電壓;C1為高壓與調(diào)壓繞組之間的電容量;C2為調(diào)壓繞組與油箱之間電容量;UHV為高壓繞組的線電壓;UTV為調(diào)壓繞組的線電壓。

C1、C2的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式見式：

式中：εwe1為主繞組與分接繞組的絕緣介電系數(shù);h1為主繞組與分接繞組的平均高度;RT內(nèi)為分接繞組內(nèi)半徑;RH外為主繞組外半徑;εwe2為分接繞組與油箱間的絕緣介電系數(shù);h2為分接繞組高度;RY內(nèi)為油箱內(nèi)壁折合半徑;RT外為分接繞組外半徑。根據(jù)變壓器廠家提供的數(shù)據(jù)，對(duì)本次故障開關(guān)的恢復(fù)電壓進(jìn)行了計(jì)算，首先對(duì)C1、C2按照式（3）、（4）進(jìn)行估算，其中，εwe1取2.3，h1=h2=111Cm，RT內(nèi)=64.95Cm，RT外=83.2Cm，εwe2取2.67，RY內(nèi)=83.2Cm，RT外=66.65Cm，計(jì)算得出C1=2809.82pF、C2=557.28pF，代入式（1）、（2）計(jì)算出恢復(fù)電壓Ur+=229.67kV、Ur-=23.32kV，均小于35kV。

由上可知，該開關(guān)的恢復(fù)電壓理論計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不符，理論計(jì)算值明顯小于實(shí)際值。在計(jì)算中所應(yīng)用的計(jì)算公式部分是經(jīng)驗(yàn)公式，適用于大多數(shù)大型變壓器，但是對(duì)于比較復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)情況會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，對(duì)于容量較小的變壓器，繞組高度、變壓器體積相對(duì)較小，電場(chǎng)分布存在一定的差異，且變壓器在安裝過程中可能會(huì)出現(xiàn)偏差，影響實(shí)際的恢復(fù)電壓。

3.3現(xiàn)場(chǎng)處理情況

鑒于分接選擇器的極性選擇器觸頭有放電燒損痕跡，對(duì)分接選擇器進(jìn)行整體更換，同時(shí)加裝電位電阻限制恢復(fù)電壓，經(jīng)過計(jì)算，每相加裝了3個(gè)電位電阻，其一端接在分接繞組的中部，另一端接在分接開關(guān)的引出端子上，如圖所示。

加裝電位電阻后變壓器各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，目前該設(shè)備運(yùn)行情況良好。

4結(jié)束語

當(dāng)有載分接開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，可能會(huì)引起變壓器本體油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常;在以往的案例中，因有載分接開關(guān)油室滲漏造成變壓器本體乙炔含量超標(biāo)的情況較多，因極性選擇器恢復(fù)電壓造成的變壓器本體乙炔超標(biāo)故障在工作中比較少見。

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