一起500 kV變壓器運(yùn)行異常處置與分析

王鵬輝, 鄭曉瓊, 嚴(yán)太山, 楊乃旗, 李永熙

(1.安徽明生電力投資集團(tuán)有限公司， 安徽 合肥 230022；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司， 安徽 合肥 230022)

0 引言

變壓器作為連接電網(wǎng)不同電壓等級(jí)電網(wǎng)的主要元件，是關(guān)系電網(wǎng)能否安全運(yùn)行的關(guān)鍵樞紐。近年來(lái)，電網(wǎng)內(nèi)多次發(fā)生因危急缺陷或內(nèi)部故障造成變壓器緊急停運(yùn)，嚴(yán)重威脅區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。尤其是變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障，若無(wú)法正確進(jìn)行緊急有效的故障處置，極易造成設(shè)備損壞、經(jīng)濟(jì)損失，甚至帶來(lái)人身傷亡事故。文章闡述了一起變壓器因內(nèi)部元器件安裝質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致故障的現(xiàn)象、分析判斷和處置整改的全過(guò)程，對(duì)后續(xù)類(lèi)似變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)內(nèi)部故障的早期診斷和正確處置具有重要借鑒意義。

1 變壓器異常情況

1.1 異?，F(xiàn)象

2021年3月17日19時(shí)35分，某500 kV變電站運(yùn)維人員按調(diào)度指令執(zhí)行2號(hào)變壓器復(fù)役操作，在全部操作結(jié)束后對(duì)一、二次設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)復(fù)核時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)變壓器C相高壓側(cè)出線套管下方存在“吱吱”的異常放電聲。確定異常放電聲來(lái)自變壓器本體內(nèi)部后，運(yùn)維人員啟動(dòng)應(yīng)急處置流程，將現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)匯報(bào)調(diào)度及上級(jí)部門(mén)，同時(shí)組織對(duì)2號(hào)變壓器及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)外觀檢查和紅外測(cè)溫，開(kāi)展變壓器油色譜在線檢測(cè)試驗(yàn)，進(jìn)行初步診斷。

1.2 設(shè)備狀態(tài)檢查

一次設(shè)備檢查情況:現(xiàn)場(chǎng)檢查2號(hào)變壓器C相外觀無(wú)異常，本體無(wú)異響，變壓器本體端子箱內(nèi)部清潔，箱內(nèi)干燥無(wú)凝露、無(wú)異味。2號(hào)變壓器C相瓦斯繼電器及集氣盒無(wú)氣體。2號(hào)變壓器C相三側(cè)避雷器指示正常，無(wú)動(dòng)作，其他一次設(shè)備均運(yùn)行正常，紅外測(cè)溫正常。

二次設(shè)備檢查情況：現(xiàn)場(chǎng)檢查二次設(shè)備運(yùn)行正常，無(wú)異常及報(bào)警信號(hào)。

1.3 變壓器帶電檢測(cè)情況

查閱變壓器近一年離線油色譜在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，均保持穩(wěn)定。但在出現(xiàn)放電后的油色譜離線檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)2號(hào)變壓器C相乙炔含量超標(biāo)，達(dá)到4.92 uL/L。隨后運(yùn)維人員取油樣送至中國(guó)電力科學(xué)研究院復(fù)測(cè)，乙炔檢測(cè)結(jié)果為5.90 uL/L，油色譜在線檢測(cè)數(shù)據(jù)也顯示乙炔含量達(dá)3.90 uL/L。油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 變壓器C相油色譜分析數(shù)據(jù) 單位：uL/L

1.4 診斷試驗(yàn)情況

3月19日，檢修人員對(duì)變壓器開(kāi)展了診斷試驗(yàn)，其中繞組直阻、介損及電容量、絕緣電阻、鐵芯夾件絕緣電阻等試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格。

2 變壓器基本情況

2.1 變壓器基本參數(shù)

該變壓器為單相自耦三繞組無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，型號(hào)ODFS-250000/500，2009年10月出廠，同年12月29日投入運(yùn)行，如表2所示。

表2 變壓器基本參數(shù)表

2.2 變壓器高壓側(cè)出線套管區(qū)結(jié)構(gòu)

變壓器高壓側(cè)出線區(qū)域采用“煙鍋式”結(jié)構(gòu)，套管尾端均壓球外共設(shè)計(jì)三層絕緣，分別由內(nèi)絕緣紙筒、絕緣成型件和升高座絕緣隔板構(gòu)成。其中升高座絕緣隔板用來(lái)隔離長(zhǎng)油隙，以增加絕緣裕度。變壓器外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1至圖4所示。

圖1 變壓器高壓套管外觀

圖2 變壓器高壓出線區(qū)域絕緣結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 變壓器高壓出線區(qū)域側(cè)視和俯視圖

圖4 變壓器高壓出線區(qū)域?qū)嶓w圖

3 變壓器內(nèi)檢查情況

3.1 2號(hào)變壓器C相內(nèi)檢情況

3月21日，檢修人員首先對(duì)變壓器C相進(jìn)行排油內(nèi)檢。內(nèi)檢采用全排油的方式，將變壓器油打入提前準(zhǔn)備的潔凈油罐內(nèi)，排油約55噸。排油前將排油充氮系統(tǒng)檢修閥門(mén)、注氮閥關(guān)閉，在線油色譜裝置停運(yùn)，隨后將呼吸器拆除，打開(kāi)油枕連通閥。排油時(shí)從呼吸器管道處向變壓器注入露點(diǎn)低于-40 ℃干燥空氣，保持含氧量不低于18%，相對(duì)濕度不大于20%，然后打開(kāi)人孔蓋板及上部對(duì)角位置蝶閥，持續(xù)從下部向油箱內(nèi)充入干燥空氣，充入時(shí)間不少于1 h后方可進(jìn)入油箱內(nèi)部。進(jìn)入油箱內(nèi)部前，用氧含量測(cè)試儀測(cè)量油箱內(nèi)空氣，確保含氧量不小于18%，有害氣體測(cè)試儀測(cè)量有害氣體含量合格，確認(rèn)無(wú)異常后方可進(jìn)入。

在對(duì)變壓器C相排油完畢，打開(kāi)人孔后發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)升高座絕緣隔板位于器身底部，外部包裹有運(yùn)輸時(shí)固定所用的白紗帶，在設(shè)備安裝階段并未及時(shí)拆除。隨后，檢修人員進(jìn)入變壓器內(nèi)部進(jìn)行異常查找，發(fā)現(xiàn)固定升高座絕緣隔板的六顆固定螺桿中，兩顆層壓木螺桿連帶螺母固定于外絕緣隔板上且正對(duì)放電區(qū)域，兩顆位于油箱底部，另外兩顆位于靠近油箱底部的加強(qiáng)筋上，如圖5所示。

圖5 六顆固定螺桿位置示意圖

變壓器C相高壓側(cè)引出線區(qū)域的均壓球中間區(qū)域未發(fā)現(xiàn)放電痕跡，但其上、下沿對(duì)應(yīng)的內(nèi)絕緣紙筒內(nèi)表面上、下部有明顯放電痕跡，放電位置在靠近油箱人孔側(cè)，如圖6所示。

圖6 內(nèi)絕緣筒上、下部放電痕跡

3.2 變壓器A、B相內(nèi)檢情況

為核實(shí)同期投運(yùn)的A、B相變壓器是否存在類(lèi)似情況，對(duì)其開(kāi)展了同步檢查。A、B相變壓器內(nèi)檢情況和C相基本一致。變壓器高壓側(cè)引出線區(qū)域升高座絕緣隔板位于油箱底部，有白紗帶綁扎，仍處于運(yùn)輸狀態(tài)，但A、B相變壓器絕緣隔板的固定螺桿螺帽均固定在高壓升高座盲孔內(nèi)，且未見(jiàn)松動(dòng)，如圖7和圖8所示。

圖7 外絕緣紙板位于油箱底部

圖8 固定螺栓位于升高座盲孔內(nèi)

從變壓器內(nèi)檢情況可知，變壓器三相升高座絕緣隔板均是現(xiàn)場(chǎng)安裝階段未按設(shè)計(jì)圖紙安裝，仍保持在原始運(yùn)輸狀態(tài)。變壓器三相內(nèi)檢的差異主要體現(xiàn)在C相內(nèi)絕緣紙筒與均壓球間存在明顯放電痕跡，且C相2顆絕緣螺桿裝于升高座絕緣隔板上，其余4顆散落于器身底部，而A、B相6顆絕緣螺桿均位于升高座盲孔內(nèi)。

3.3 處理措施

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)均壓球進(jìn)行了清理，打磨了內(nèi)絕緣紙筒，確保光滑無(wú)毛刺。然后按照設(shè)計(jì)圖紙要求將高壓側(cè)升高座外絕緣隔板重新固定，同時(shí)增加固定螺栓并帽。

4 運(yùn)行異常原因分析

變壓器C相出現(xiàn)乙炔的直接原因是絕緣隔板帶絕緣螺桿直接接觸高壓出線區(qū)域，改變了“均壓球-煙鍋式絕緣結(jié)構(gòu)-油箱壁”路徑上電場(chǎng)分布，造成均壓球與內(nèi)絕緣紙筒電場(chǎng)畸變，在長(zhǎng)期運(yùn)行期間暫態(tài)過(guò)電壓如操作過(guò)電壓的作用下，多次形成短時(shí)放電引起絕緣劣化，逐步累積造成放電。

針對(duì)變壓器C相進(jìn)行了出線裝置設(shè)計(jì)電場(chǎng)、實(shí)際位置的電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算以及裕度校核。對(duì)其施加680 kV工頻電壓，比對(duì)關(guān)鍵位置電場(chǎng)分布情況，以驗(yàn)證是否因出線裝置外層絕緣筒安裝錯(cuò)誤導(dǎo)致局部場(chǎng)強(qiáng)畸變，引發(fā)放電。變壓器外絕緣桶的設(shè)計(jì)位置和實(shí)際位置示意圖如圖9和圖10所示。

圖9 外絕緣桶設(shè)計(jì)位置

圖10 外絕緣桶實(shí)際位置

針對(duì)外層絕緣筒處于設(shè)計(jì)位置和實(shí)際位置兩種狀態(tài)下，分別進(jìn)行電場(chǎng)仿真計(jì)算，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如表3所示。

表3 仿真結(jié)果對(duì)比分析表

仿真結(jié)果表明，與設(shè)計(jì)位置相比，在實(shí)際位置情況下局部放電位置區(qū)域(均壓球與“煙袋鍋”內(nèi)層絕緣紙筒之間)，油隙電場(chǎng)從8.64 kV/mm增大到8.72 kV/mm，紙板表面電場(chǎng)從2.8 kV/mm增大到2.9 kV/mm，絕緣裕度從1.18%降低至1.17%。場(chǎng)強(qiáng)略有增大，裕度略有降低。另外，現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)檢發(fā)現(xiàn)的放電痕跡與油色譜特征基本一致，根據(jù)三比值法編碼為101，初步診斷放電類(lèi)型為油中電弧放電。

5 整改措施

(1)做好同類(lèi)隱患排查。組織對(duì)同一廠家相同結(jié)構(gòu)的變壓器歷史油色譜情況開(kāi)展排查分析，優(yōu)先對(duì)油色譜數(shù)據(jù)存在異常的設(shè)備開(kāi)展全面排查。在運(yùn)變壓器可采用停電小排油方式開(kāi)展排查，即排油至高壓升高座CT出線孔下沿，使用內(nèi)窺鏡或直接觀察確認(rèn)絕緣紙板是否正確安裝。

(2)排查原則。根據(jù)異常分析結(jié)論，該類(lèi)隱患主要受安裝人員技術(shù)水平影響，綜合考慮設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、檢修風(fēng)險(xiǎn)等，決定采取每組安裝人員抽一組早期安裝設(shè)備的原則進(jìn)行排查。如果發(fā)現(xiàn)抽查相絕緣隔板未安裝，則對(duì)其他兩相一并開(kāi)展檢查。

6 結(jié)束語(yǔ)

電氣設(shè)備的質(zhì)量直接關(guān)系著電網(wǎng)的安全運(yùn)行，其設(shè)計(jì)缺陷或者安裝不正確都會(huì)成為電網(wǎng)安全運(yùn)行的巨大隱患，甚至?xí)?duì)電力工人的生命安全造成嚴(yán)重威脅。因此，設(shè)備廠家不但要明確所有零部件的安裝要求，還應(yīng)將其固化到安裝指南上。廠家要派出責(zé)任心強(qiáng)、技術(shù)過(guò)硬的指導(dǎo)人員到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝。另外施工單位、運(yùn)行單位也要對(duì)新建及改擴(kuò)建設(shè)備的驗(yàn)收質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，確保投入電網(wǎng)運(yùn)行的設(shè)備安全可靠。