蘭基升,侯向宏,王海濱,李 明

(滄州供電公司,河北滄州 061000)

某10kV接地變壓器故障分析

蘭基升,侯向宏,王海濱,李 明

(滄州供電公司,河北滄州 061000)

文中對某110kV變電站10kV5200接地變壓器燒毀事故進行了分析。從絕緣監(jiān)督和運行管理的角度出發(fā),提出應加強對樹脂型干式變壓器類設備的定期試驗和維護,防止此類事故的再度發(fā)生及避免事故的擴大,確保電力設備的安全運行。

接地變壓器;固體絕緣介質(zhì);局部放電

1 故障簡要情況

1.1 背景介紹

目前,10 kV配電網(wǎng)絡多為非有效接地系統(tǒng),早期供電網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)比較簡單,系統(tǒng)容量很小,輸電線以架空線為主,由于雷擊、樹木和大風等因素的影響,單相接地故障是配電網(wǎng)中故障類型的主要部分,并且往往是可恢復性的故障。由于非有效接地系統(tǒng)的中性點不接地,即使發(fā)生單相金屬性永久接地或穩(wěn)定電弧接地,仍能不間斷供電,這是此種電網(wǎng)的一大優(yōu)點,因此對供電的可靠性起到了積極作用。但隨著供電系統(tǒng)的不斷完善,電纜線路的增加,配電網(wǎng)的接地電容達到一定數(shù)值后,配電網(wǎng)的供電可靠性將受到極大威脅。首先,當配電網(wǎng)發(fā)生單相接地時,接地電流較大,電弧很難熄滅,可能發(fā)展成相間短路;其次,當發(fā)生間歇性弧光接地時,易產(chǎn)生弧光接地過電壓,從而波及整個配電網(wǎng),影響供電可靠性。為了保障系統(tǒng)單相接地時仍能繼續(xù)運行,往往在變電站內(nèi)利用ZN,yn11接地變壓器的人工接地點,并加裝消弧裝置來限制單相接地故障電流,以確保電網(wǎng)安全。

1.2 故障簡要情況

某110 kV變電站5200接地變壓器型號DBSC-530/10,此接地變是Z型接線,其接線原理圖見圖1。出廠日期是2002年7月,于2002年10月16日投入運行。2005年11月2日凌晨3時59分,5200開關過流II段保護動作跳閘,故障電流為15.35 A,折算到高壓側(cè)電流為1 228 A。9時6分,運行值班人員到現(xiàn)場查看,未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷,試送電后,5200開關過流II段保護動作再次跳閘,并出現(xiàn)絕緣材料燒焦的氣味和煙氣。故障電流為15.57 A,折算到高壓側(cè)電流為1 245 A(高壓側(cè)額定電流約為31 A)。到現(xiàn)場后,進入5200接地變壓器室內(nèi)聞到有絕緣介質(zhì)的燒焦氣味,觀察線圈A、B兩相低壓側(cè),發(fā)現(xiàn)在高低壓線圈及上部軛鐵和軛鐵的金屬夾件上有大量的碳黑;B相低壓出現(xiàn)端紙質(zhì)絕緣介質(zhì)有部分已燒焦碳化;B相線圈與上夾鐵之間的絕緣墊塊下部膠墊受短路故障熱量融化;在低壓側(cè)A相高壓繞組上部和B相相鄰的部位樹脂絕緣介質(zhì)有變色現(xiàn)象;在低壓側(cè)B相高壓繞組下部的地面上有一片燒熔的小銅球狀顆粒。

2 現(xiàn)場試驗情況及故障分析

試驗人員對5200接地變壓器進行了絕緣電阻測試和直流電阻測試,試驗數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 5200接地變壓器絕緣電阻測試數(shù)據(jù)MΩ

表2 5200接地變壓器繞組直流電阻測試數(shù)據(jù)Ω

3 返廠解體檢查及故障原因分析

3.1 設備返廠解體檢查情況

1)在拆解過程中從B相高壓繞組低壓側(cè)相對位置(人面對低壓繞組出線端)右側(cè)第三風道中掉出大量的金屬小球型顆粒和碳黑粉末及兩塊體積較大的燒結(jié)物,由此可確定故障點在該風道之中。

2)沿該風道兩側(cè)的風道進行縱向切割,確定故障點的具體位置和故障點的燒損狀況。切下該風道后發(fā)現(xiàn),在切下部分的兩側(cè)切面上有繞組線圈燒損產(chǎn)生的空洞,位置在外層主繞組的第三段上和內(nèi)層Z型繞組的第三段上(內(nèi)、外繞組從上至下各分為四段,最上面的為一段)。

3)在主體繞組的一個切面上,從外層主繞組第三段繞組最下面的空洞至第四段繞組,在繞組和固體絕緣之間有一長為10余cm的縫隙。見圖2中(a)。

4)然后把切下的部分繼續(xù)沿內(nèi)外層之間的絕緣進行縱向切割,使故障點進一步暴露。

5)把切下的部分內(nèi)外層繞組分離后,發(fā)現(xiàn)在外層第三段繞組有一個長軸大約8 cm,短軸大約5 cm,最深處大約2 cm的不規(guī)則橢圓坑,在內(nèi)層第三段繞組有一個長軸大約6 cm,短軸大約4 cm,最深處大約1.5 cm的不規(guī)則橢圓坑。見圖2中(b)。

6)對燒損部位的周圍的絕緣進行進一步剝離發(fā)現(xiàn),在外層主繞組第三段繞組燒損部位周圍的絕緣材料已脫離,在內(nèi)層繞組第三段繞組燒損部位周圍的繞組線圈已變色。

圖2 故障部位照片

3.2 事故原因分析

從現(xiàn)場試驗和返廠解體的情況分析來看,5200接地變壓器的燒毀原因應是該產(chǎn)品存在微小的氣隙(當時產(chǎn)品出廠時,不具備局部放電試驗的條件),在長期持續(xù)運行電壓的作用下,微小的氣隙產(chǎn)生局部放電。在出廠試驗時雖然局部放電試驗合格,但是不能排除該產(chǎn)品在以后的運行中,在長期持續(xù)運行電壓和外界因素作用下,局部放電量不增加的可能(廠家認可該結(jié)論)。

從固體絕緣介質(zhì)擊穿的機理分析,固體絕緣介質(zhì)的擊穿可分為電擊穿、熱擊穿、電化學擊穿。對于5200接地變壓器來說,其擊穿過程應為三種擊穿方式共同作用下的結(jié)果。固體絕緣介質(zhì)中的微小氣隙、微小雜質(zhì)顆粒,在長期持續(xù)運行電壓作用下產(chǎn)生局部放電,開始時其局部放電量不是很大。但是局部放電的存在,使其氣隙中氣體產(chǎn)生分解,產(chǎn)生活性氣體臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2),這些活性氣體對固體絕緣介質(zhì)產(chǎn)生氧化和腐蝕作用,同時產(chǎn)生熱量引起局部發(fā)熱,以及在局部放電過程中帶電粒子的撞擊作用,導致絕緣劣化或損傷,使其電氣強度逐步下降,從而改變了氣隙周圍絕緣介質(zhì)材料的絕緣性能和分子結(jié)構(gòu),致使氣隙周圍的電場分布產(chǎn)生畸變。此過程長期惡性循環(huán),最終導致繞組的層間或匝間短路,并產(chǎn)生大量的熱量,使故障點附近絕緣介質(zhì)的絕緣性能完全喪失,導致繞組燒毀。

由高壓試驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)場檢查情況來看,B相高壓側(cè)直流電阻測試數(shù)據(jù),已證明B相高壓繞組發(fā)生了繞組開路的故障。其高壓繞組的直流電阻測試值實際是故障點絕緣介質(zhì)碳化后的電阻值,所以測試值很大。而該相高、低壓繞組對地及高、低壓繞組之間絕緣電阻回零的原因是在兩相短路后產(chǎn)生的大量熱量使絕緣介質(zhì)變成碳黑粉塵,銅繞組溶化產(chǎn)生金屬蒸汽沿通風道噴出附著在高低壓繞組和上鐵軛及金屬夾件上,所以測試結(jié)果為零。據(jù)上所述,造成B相高壓側(cè)線圈開路的原因是制造過程中由于真空工藝不完善,從而形成微小氣隙或在絕緣介質(zhì)中存在微小雜質(zhì)顆粒,在長期持續(xù)運行電壓下易造成局部放電,造成固體絕緣介質(zhì)絕緣損壞。進而引起匝間或?qū)娱g絕緣擊穿,造成高壓側(cè)繞組短路,短路電流瞬間突增后造成高壓繞組局部燒損。

上鐵軛和金屬夾件附著碳黑和B相低壓出線端絕緣紙燒焦的原因是,故障點所在風道的下風口被絕緣墊塊堵住了大約7/8,而上風口被絕緣墊塊堵住了2/3,所以大量的碳黑粉塵和金屬蒸汽由上風道口噴出,把B相低壓出線端絕緣紙燒焦并附著在上鐵軛及金屬夾件上,而重量較大熔化金屬有少量從下風道口噴出,其體積較大熔化物堵住了下風口,在返廠解體時從下風道口掉出。

4 防范及改進措施

1)購置變頻升壓設備,在干式變壓器安裝就位后,進行局部放電測試。且把局部放電試驗納入周期試驗項目中。

2)加強紅外測溫,對由局部放電和其它原因引起繞組溫度升高及溫度升高的發(fā)展趨勢及早發(fā)現(xiàn),避免設備的缺陷擴大。

3)按試驗周期定期對設備進行常規(guī)試驗,發(fā)現(xiàn)問題時應對設備進行全面檢查試驗。

4)在干式變壓器過流保護動作后,應進行必要的試驗檢查,排除故障后方可投入運行。

5)加強對通過預埋在低壓繞組中的Pt100熱敏電阻測取溫度值的巡視。對無人值守的變電站可把該測試信號傳至值班總站,對溫度和溫度變化值加強監(jiān)視和記錄。防止設備缺陷擴大演變成事故。

6)加大對小容量變壓器的運行維護及管理力度。

5 結(jié)束語

通過設備解體,找到了接地變壓器損壞的原因,并對原因進行了分析。為避免事故的發(fā)生,提出了防范及改進的有效措施,以能更好地保障電氣設備以及電網(wǎng)的安全運行。該產(chǎn)品經(jīng)過返廠更換B相繞組后,經(jīng)出廠及交接試驗合格后,投入運行至今,運行良好。

[1] 陳化鋼,張開賢,程玉蘭.電力設備異常運行及事故處理[M].北京:中國水利水電出版社,1999.

[2] 陳化鋼.電力設備預防性試驗技術(shù)問答[M].北京:中國水利水電出版社,1998.

[3] 董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京:中國電力出版社,2001.

(責任編輯:馬香普)

Failure Analysis of a 10kV Grounding Transformer

LAN Ji-sheng,HOU Xiang-hong,W ANG Hai-bin,LI Ming
(Cang zhou Power Supply Company,Cangzhou 061000,China)

This article analyzes the burnout of a 10kV 5200 grounding transformer of a 110kV transformer substation.From the view of insulation supervision and running management,it proposes that the regular experiment and mantenance of the resin dry-type transformers should be enhanced,so as to prevent the recurrence of such incidents and the expansion of the incidents and ensure the safe operation of electrical equipments.

grounding transformer;solid insulation medium;partial discharge

TM41

A

1008-3782(2010)04-0021-03

2010-11-01

蘭基升(1962-),男,河北滄州市人,工程師,電氣試驗高級技師,滄州供電公司修試所技術(shù)監(jiān)督主管。