一起500kV主變壓器油位異常的分析及處理

黃國柳,李應(yīng)宏,王貴山,何學(xué)敏

(中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545006)

1 引言

儲油柜是用于變壓器的一種儲油裝置，其作用是當(dāng)變壓器由于負(fù)荷增大，油溫升高，油箱內(nèi)油膨脹，這時過多的油就會流入儲油柜。反之溫度降低時，儲油柜內(nèi)的油會再流入油箱，起到自動調(diào)整油面的作用，也就是儲油柜起儲油和補(bǔ)油作用，能保證油箱內(nèi)充滿油。同時由于裝備了儲油柜，使變壓器與空氣的接觸面減小，且從空氣中吸收的水分、灰塵和氧化后的油垢都沉積在油枕底部的沉積器中，從而大大減緩變壓器油的劣化速度[1-7]。

針對網(wǎng)內(nèi)近期發(fā)生的一起500kV變壓器油位異常的缺陷，本文通過對儲油柜結(jié)構(gòu)、負(fù)荷變化、紅外測溫及冷卻器啟停等情況進(jìn)行分析，判斷缺陷的原因?yàn)樽儔浩饔臀徊缓侠?、油位計動作值整定不正確。最后從設(shè)備運(yùn)維風(fēng)險管控方面提出了針對性的防護(hù)措施，為系統(tǒng)內(nèi)類似異常處理提供參考。

2 異常情況

2.1 設(shè)備基本情況

某站#2主變型號ODFS-250000/500，額定容量250/250/80 MVA(單相)，為自然油循環(huán)風(fēng)冷單相無載調(diào)壓自耦變壓器，儲油柜為膠囊式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 膠囊式儲油柜結(jié)構(gòu)

冷卻方式為ONAN/ONAF，正常情況下主變的冷卻器應(yīng)切至自投控制模式及備用投入模式，依靠PLC程序根據(jù)頂層油溫或負(fù)荷情況自動控制冷卻器啟動或停止。當(dāng)主變油面溫度到達(dá)55℃時，將自動投入第一組冷卻器，油面溫度達(dá)65℃時自動投入第二組冷卻器。油面溫控器接點(diǎn)斷開時，延時10分鐘停止相應(yīng)的風(fēng)機(jī)。當(dāng)主變負(fù)荷電流達(dá)到定值時，啟動第一、第二組冷卻器，負(fù)荷電流復(fù)歸后延時10分鐘停止。

2.2 故障情況

某日，500kV某變電站#2主變突然發(fā)出“#2主變非電量保護(hù)C相本體油位異?！?，且不能復(fù)歸。異常發(fā)生時主變的負(fù)荷正在快速增長，從上午5時9時，負(fù)荷由 170MW增長至325MW。對#2主變油位進(jìn)行檢查，A相油位6.9， B相油位6.2，C相油位8.1，C相油位較AB相偏高。按設(shè)備說明書，主體油位計的報警位置為高油位Max和低油位Min，C相報警時油位未達(dá)到油位計廠家油位高告警設(shè)定值。

3 現(xiàn)場檢查情況

3.1 信號回路排查

(1)檢查#2主變非電量保護(hù)屏、風(fēng)冷控制箱、C相本體端子箱均無受潮現(xiàn)象，C相儲油柜處油位計波紋管外觀完整，回路無受損現(xiàn)象。

(2)在#2主變風(fēng)冷控制箱找到對應(yīng)圖中油位告警回路，測量信號回路對地直流電壓，電壓正常。但發(fā)現(xiàn)左側(cè)告警回路并聯(lián)，表明C相油位高告警、油位低告警回路至少有一條導(dǎo)通。

(3)拆除油位高告警接線端子，監(jiān)控“#2主變非電量保護(hù)C相本體油位異?！毙盘柫⒓磸?fù)歸，測量油位低告警端子電壓正常。判斷#2主變C相油位計油位高告警接點(diǎn)確實(shí)閉合。

可排除二次回路異常引出報警，初步判斷為C相油位計油位高報警動作正確，但可能為設(shè)定值偏低引起。

3.2 油中溶解氣體檢查

檢查#2主變近期油色譜數(shù)據(jù)，無特征氣體突變異常，總烴無突變[8-16]。三相呼吸器正常呼吸，集氣盒及瓦斯繼電器無氣體，分析主變本體無內(nèi)部故障。

圖2 氣體繼電器檢查情況

3.3 油位變化分析

檢查#2主變?nèi)啾倔w溫度均衡，與后臺油溫相符。發(fā)生告警后，28日油位跟蹤數(shù)據(jù)及油位測量圖譜如下所示，可見三相油位當(dāng)日內(nèi)無明顯突變。

表1 當(dāng)日油位變化統(tǒng)計

圖3 油位圖譜

從以上油位測量圖譜可知，實(shí)際油位與油位計顯示油位相符，且呼吸器正常吐氣，且近期油位數(shù)據(jù)是變化，可排除假油位及油位表卡澀可能。

(1)油位合理性分析

依據(jù)油溫曲線，油溫50℃的正常油位應(yīng)為5.5左右，但實(shí)際C相到達(dá)了8.2且不再隨溫度上升而增大，B相油溫50℃左右的的油位為6.5左右，A相油溫54.2℃的油位為7.2，可見本體實(shí)際油位均比廠家技術(shù)要求的高，其中C相比標(biāo)準(zhǔn)要求油位高出了2.7，在#2主變負(fù)荷增加導(dǎo)致三相變壓器油位上升時，因?yàn)橛土吭酱?，增加相同的溫度，體積增加肯定也越大，所以表現(xiàn)出來C相的油位增加更快，進(jìn)而首先超過告警值，發(fā)出報警信號。

(2)半年油位變化分析

對#2主變2020年的負(fù)荷、油位進(jìn)行統(tǒng)計分析，變化趨勢如表2所示。

表2 年度油位統(tǒng)計

2020年1～5月，主變負(fù)荷較低，三相油位保持平穩(wěn)，主要在6以內(nèi)，5～6月B相油位有所增長，但增長后呈下降趨勢。6～7月以后，#2主變負(fù)荷增長至287.1MW，三相油位均上漲，但C相上漲較快。7～8月#2主變負(fù)荷降低，三相油位略有下降，但8月28日因系統(tǒng)原因，#2主變負(fù)荷增至330MW，三相油增長，C相上漲至8.2，發(fā)出高油位告警。

油位告警后，在冷卻器不啟動的情況下，28日11時到20時油位為8.2，20時到29日上午為8.1，29日9點(diǎn)以后一直為8.2，可見在高負(fù)荷和氣溫下，僅通過自然油循環(huán)自然冷卻方式，變壓器油溫度下降及油冷縮量的極小的，若長時間累積，變壓器油溫及油位必然呈增長趨勢。負(fù)荷突增對油溫度上升及油位上漲的影響更突出。

3.4 冷卻器檢查及處理

29日上午現(xiàn)場檢查，C相油位8.2，油溫50℃左右，冷卻器處于自動狀態(tài)(第一組風(fēng)機(jī)啟動值60℃)，風(fēng)機(jī)未啟動，呼吸器往外快速吐氣，如圖4所示?，F(xiàn)場分析認(rèn)為隨著白天氣溫上升，C相本體油溫將上升，變壓器內(nèi)油持續(xù)膨脹將引起油位繼續(xù)上升，油位高異常信號將無法消失。

圖4 呼氣器吐氣

分析后，現(xiàn)場將冷卻器控制轉(zhuǎn)為手動控制，11時05分啟動8個風(fēng)扇給變壓器散熱，2分鐘后呼吸器停止吐氣，變壓器油應(yīng)不再膨脹；約10分鐘后呼吸器開始吸氣，應(yīng)為風(fēng)機(jī)啟動后，冷卻器加快散熱，變壓器油開始冷縮，油位不再繼續(xù)上升，如圖5所示。

圖5 呼吸器吸氣

但因中午現(xiàn)場氣溫較高，啟動風(fēng)扇后C相油溫保持50℃左右，油溫、油位變化不明顯。分析認(rèn)為油溫下降主要依靠散熱量-發(fā)熱量的差值，目前負(fù)荷高達(dá)334MW，發(fā)熱量大，差值就相對小些，且白天氣溫高時基本保持發(fā)熱量=散熱量，溫度無法下降，所以降溫時間會比較長一些，需C相的8個風(fēng)扇保持啟動運(yùn)行狀態(tài)，持續(xù)監(jiān)控C相的油溫、油位變化情況。

8月29日22時30分，現(xiàn)場匯報，C相油溫夜間下降明顯，油溫為43℃，繞溫48℃，呼吸器吸氣，C相油枕油位已下降至7.9。但現(xiàn)場告警仍存在，未復(fù)歸，至30日凌晨00時59分，#2主變C相油枕油位異常告警復(fù)歸，異常消失。8月30日上午9時，現(xiàn)場檢查#2主變C相油枕油位7.0，油溫為38℃，繞溫40℃。

圖6 C相異常信號復(fù)位時的油位

4 原因分析

綜上分析，本次#2主變C相油位異常報警原因如下：

(1)主變安裝注入的變壓器油高于油位曲線要求值，C相顯著超過標(biāo)準(zhǔn)要求油位。之前#2主變長時間低負(fù)載運(yùn)行，因此油位沒有明顯升高，未發(fā)生過油位高告警異常。但近期在負(fù)載明顯升高、現(xiàn)場持續(xù)高溫雙重因素影響下，油溫60℃以下時僅通過自然油循環(huán)自然冷卻方式，變壓器油溫度下降及油冷縮量的極小的，導(dǎo)致變壓器油溫及油位長時間呈增長趨勢造成油位明顯上升，最終造成C相油發(fā)出“油位高告警”異常。

#2主變冷卻器啟動方式分為手動、自動方式，其中自動方式下60℃時啟動第一組風(fēng)機(jī)，70℃時啟動第二組風(fēng)機(jī)?？紤]到油位是在負(fù)載升高、現(xiàn)在高溫影響下逐漸上漲的，且油溫60℃以下時僅通過自然油循環(huán)自然冷卻方式，變壓器油溫度下降及油冷縮量的極小的，運(yùn)維人員在油位上漲后，手動啟動冷卻器，增加變壓器的散熱量，避免變壓器油位累積上漲。

(2)C相油位計“油位高報警”動作值偏低。按設(shè)備說明書，主體油位計的報警位置為高油位Max和低油位Min，但C相油位上升至8.1時已發(fā)出報警，加強(qiáng)冷卻后，油位下降至7.9以下后才復(fù)歸。后續(xù)結(jié)合停電對表計進(jìn)行檢查確認(rèn)。

5 處理措施

5.1 短期措施

(1)變電站重點(diǎn)關(guān)注#2主變C油位，當(dāng)高溫、高負(fù)荷且C相油位持續(xù)上升至油位指示7.5(暫定7.5)時，現(xiàn)場運(yùn)維人員需手動啟動冷卻器，增加變壓器的散熱量，避免變壓器油位累積上漲導(dǎo)致報警。

(2)當(dāng)全部冷卻器已投入，仍存在油位持續(xù)上升的緊急情況時，申請退出重瓦斯，對油枕進(jìn)行放油。

5.2 中長期措施

(1)結(jié)合停電對#2主變進(jìn)行排油，確保油位與廠家油位曲線相符。

(2)聯(lián)系廠家明確油位計動作的檢查及調(diào)整措施，結(jié)合停電對#2主變C油位計動作值進(jìn)行檢查和調(diào)整。

后結(jié)合停電，對#2主變進(jìn)行適量排油、油位計動作值調(diào)整后，運(yùn)行至今未再出現(xiàn)異常。

6 結(jié)語

本文通過對某500kV主變壓器油位異常進(jìn)行分析，明確了異常原因及處理措施，為防同類設(shè)備缺陷提供了一種可行的判斷和處理方法，有助于保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。