王寶健，楊永尚

(華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司，內(nèi)蒙古包頭014013)

1 機(jī)組概況

2 變壓器色譜分析與故障診斷

2007－02－15—03－01，華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司縮短了油色譜分析的周期，連續(xù)跟蹤特征氣體的變化(見(jiàn)表1)，總烴的體積分?jǐn)?shù)不斷上升，從108.91μL/L升至219.00μL/L，其中乙炔的體積分?jǐn)?shù)也有所上升。

2.1 判斷故障的嚴(yán)重性

計(jì)算此期間的設(shè)備絕對(duì)產(chǎn)氣速率

式中:va為絕對(duì)產(chǎn)氣速率，mL/d;Ci2為第2次取樣時(shí)測(cè)得的油中某氣體的體積分?jǐn)?shù)，μL/L;Ci1為第1次取樣測(cè)得的油中某氣體的體積分?jǐn)?shù)，μL/L;Δt為2次取樣間的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，d;m為設(shè)備總油量，t;ρ為油的密度，t/m3。

該變壓器為隔膜式油枕，油總量為28.2t，依上式得出總烴的絕對(duì)產(chǎn)氣速率為267mL/d，明顯超過(guò)DL/T722—2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》和GB/T7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》推薦的變壓器和電抗器油中總烴等的絕對(duì)產(chǎn)氣速率注意值12mL/d[2]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，產(chǎn)氣速率超過(guò)96mL/d就列為嚴(yán)重故障。

2.2 故障類型的診斷

按照DL/T722—2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》和GB/T7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》提出的改良三比值判斷法進(jìn)行故障類型的診斷。三比值法在實(shí)際運(yùn)用中判斷準(zhǔn)確率相對(duì)較高，可作為診斷類型的依據(jù)。代入數(shù)值得出φ(C2H2)/φ(C2H4)，φ(CH4)/φ(H2)，φ(C2H4)/φ(C2H6)3個(gè)比值的編碼組合為022，對(duì)照故障類型得出變壓器內(nèi)部高溫過(guò)熱(高于700℃)的結(jié)論。

表1 特征氣體的變化情況

2.3 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式判斷故障溫度

為進(jìn)一步確定是否存在高溫過(guò)熱故障，對(duì)熱點(diǎn)進(jìn)行溫度估算，依據(jù)日本月岡、大江等人提出的油紙絕緣熱裂解時(shí)產(chǎn)氣的三比值與溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式t=322log[φ(C2H4)/φ(C2H6)]+525來(lái)判斷故障溫度[1]:2007－02－25，t=322×log4.481+525=734.7(℃);2007－03－02，t=322log4.467+525=734.3(℃)。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，故障點(diǎn)存在過(guò)熱情況且溫度相對(duì)穩(wěn)定。

從以上分析可以判斷，變壓器可能存在分接開(kāi)關(guān)接觸不良、引線夾件螺釘松動(dòng)或接頭焊接不良的現(xiàn)象，渦流引起銅過(guò)熱，鐵芯漏磁，局部短路和層間絕緣不良，鐵芯多點(diǎn)接地等故障引起的過(guò)熱。華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司與變壓器生產(chǎn)廠家討論、分析測(cè)試結(jié)果并根據(jù)實(shí)際情況繼續(xù)做色譜試驗(yàn)追蹤分析，于2007年8月小修時(shí)對(duì)變壓器進(jìn)行內(nèi)部檢查。

3 現(xiàn)場(chǎng)故障處理過(guò)程

(1)2007－08－11停機(jī)小修，廠家技術(shù)人員打開(kāi)變壓器油箱人孔，有針對(duì)性地對(duì)潛油泵、分接開(kāi)關(guān)、低壓套管和高壓中性點(diǎn)套管接觸面、鐵芯接地等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)#4冷卻器油泵轉(zhuǎn)子有明顯摩擦痕跡(如圖1所示)，泵內(nèi)發(fā)現(xiàn)有一個(gè)小金屬顆粒，說(shuō)明定子與轉(zhuǎn)子的間隙中進(jìn)入了雜質(zhì)而引起摩擦過(guò)熱，作者分析認(rèn)為，泵內(nèi)進(jìn)入金屬顆?？赡苁亲儔浩饔蜕V總烴超標(biāo)和乙炔超標(biāo)的原因。對(duì)#4冷卻器的潛油泵進(jìn)行更換(因油泵運(yùn)行中有不明顯間斷異音)，緊固了高、低壓側(cè)引線的接線螺絲，未發(fā)現(xiàn)其他異常，直阻、變比測(cè)試與歷史記錄比對(duì)無(wú)差異，變壓器油做了過(guò)濾脫氣處理。從2007年8月25日投運(yùn)后到2008年4月大修期間，變壓器主要特征氣體的含量仍然逐漸上升，總烴的體積分?jǐn)?shù)最高達(dá)200.00μL/L，乙炔的體積分?jǐn)?shù)最高達(dá)到2.13μL/L，總烴的體積分?jǐn)?shù)和產(chǎn)氣速率較修前降低了，但仍未找到主要故障點(diǎn)。

(2)2008年4月，#2機(jī)組大修時(shí)吊罩查找故障點(diǎn)。大修前做了詳細(xì)的檢查試驗(yàn)方案，吊罩后除進(jìn)行了常規(guī)測(cè)試外，還對(duì)繞組、鐵芯、分接開(kāi)關(guān)、磁屏蔽、高/低壓引線、各CT等做了重點(diǎn)檢查，查出3處故障:

1)發(fā)現(xiàn)無(wú)載分接開(kāi)關(guān)靜觸頭上有一處細(xì)小的凹坑和麻點(diǎn)(不太明顯)。分析認(rèn)為，可能在一個(gè)接觸環(huán)面上偶爾產(chǎn)生的雜質(zhì)造成接觸不良，曾經(jīng)因過(guò)熱和放電分解出烴類氣體。更換了原分接開(kāi)關(guān)。

圖1 #4潛油泵電機(jī)轉(zhuǎn)子劃痕

2)發(fā)現(xiàn)鐵芯級(jí)間絕緣有一處短路點(diǎn)(鐵芯表面第1級(jí)和第2級(jí)之間絕緣油道處)。分析認(rèn)為，由于鐵芯各級(jí)采用并聯(lián)方式接地，如果鐵芯級(jí)間絕緣發(fā)生短路，交鏈的交變磁通量就比較多，會(huì)產(chǎn)生較大的電勢(shì)和環(huán)流，在短路點(diǎn)處就容易發(fā)生過(guò)熱和放電。將該處鐵芯極間的并聯(lián)接地改為串聯(lián)接地。

3)上鐵軛外側(cè)一級(jí)有部分矽鋼片存在下墜現(xiàn)象，但下墜部分矽鋼片表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)熱、放電痕跡，現(xiàn)場(chǎng)使用專用工具進(jìn)行了復(fù)位和緊固。

檢查無(wú)其他異常后鐘罩回裝，補(bǔ)油靜置后，做常規(guī)預(yù)試并聯(lián)系內(nèi)蒙古電力科學(xué)試驗(yàn)研究院做局部放電試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均符合規(guī)程要求。投運(yùn)前空載試驗(yàn)合格，空載損耗和空載電流與歷史記錄比較無(wú)明顯差異;2008－05－27投運(yùn)后，按規(guī)程要求做油中氣體的色譜分析，無(wú)超注意值項(xiàng)且穩(wěn)定;2008－08－22的定期試驗(yàn)結(jié)果再次發(fā)現(xiàn)總烴的體積分?jǐn)?shù)(203.00 μL/L)和乙炔的體積分?jǐn)?shù)(1.60μL/L)超過(guò)注意值，甲烷和乙烯所占比例大，通過(guò)三比值法的診斷仍為變壓器內(nèi)部高溫過(guò)熱。為此，華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司與設(shè)備生產(chǎn)廠家協(xié)商后決定，在現(xiàn)場(chǎng)檢查未果的情況下，將變壓器返廠進(jìn)行徹底檢修，在返廠檢修前仍做好短周期的油中溶解氣體的色譜追蹤分析工作，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷變壓器故障的發(fā)展趨勢(shì)。2009年8月變壓器返廠前，總烴的體積分?jǐn)?shù)由170.00μL/L逐漸上升到634.00μL/L，甲烷和乙烯占的比例大且仍有上升趨勢(shì)，乙炔的體積分?jǐn)?shù)在0.90～2.90μL/L之間波動(dòng)。

4 變壓器返廠故障檢查并處理

(1)吊罩檢查未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，安裝恢復(fù)，做1.1倍負(fù)載試驗(yàn)和1.1倍長(zhǎng)時(shí)空載試驗(yàn)并多次監(jiān)測(cè)油色譜，負(fù)載試驗(yàn)時(shí)色譜無(wú)異常變化，空載時(shí)發(fā)現(xiàn)含有乙烯和乙炔，再次吊罩監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常;在空氣中做30%的額定電流試驗(yàn)，未檢測(cè)到局部過(guò)熱。初步確定了與故障磁路有關(guān)，與電路無(wú)關(guān)。

(2)解體鐵芯，拆卸過(guò)程中在鐵芯柱中心縱向絕緣油道發(fā)現(xiàn)相鄰位置的2片絕緣油道的邊緣有過(guò)熱灼傷且發(fā)黑的痕跡，如圖2和圖3所示。

由于相鄰2點(diǎn)發(fā)黑位置實(shí)為同一故障點(diǎn)，因此，鐵芯片完全解體后在縱向油道高壓側(cè)第8級(jí)鐵芯片處有熏黑痕跡，如圖4、圖5所示。

(3)色譜異常分析。此故障點(diǎn)是由于有異物(或雜質(zhì))進(jìn)入鐵芯柱中心縱向油道而導(dǎo)致的。鐵芯柱中心油道是由7片絕緣油道拼接而成的，每2片絕緣油道間存在一定縫隙，異物位于相鄰2片絕緣油道的間隙處，由于異物質(zhì)量較小，與鐵芯之間為虛接觸，在變壓器運(yùn)行過(guò)程中，因鐵芯振動(dòng)和變壓器負(fù)荷突變等因素影響(如接觸情況的微變、過(guò)勵(lì)磁等)，造成2個(gè)鐵芯框之間局部短路，形成多點(diǎn)接地(如圖6所示)，在短路點(diǎn)形成環(huán)流，造成短路點(diǎn)周圍的鐵芯片端面過(guò)熱，使變壓器在運(yùn)行中油色譜異常情況時(shí)隱時(shí)現(xiàn)。

圖6 鐵芯兩框間短路示意圖

(4)處理措施。對(duì)鐵芯進(jìn)行全面檢查、清理，更換鐵芯所有的絕緣件，更換因燒損清空的3級(jí)鐵芯片以及檢查過(guò)程中損傷的鐵芯片。組裝后做相關(guān)出廠試驗(yàn)，確保設(shè)備的合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

從華電內(nèi)蒙古能源有限公司包頭發(fā)電分公司#2機(jī)組B相主變壓器故障處理過(guò)程可以看出，變壓器油色譜分析發(fā)揮了重要作用，它對(duì)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏且有效。因此，應(yīng)開(kāi)展色譜分析并不斷地從實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，盡早確定潛伏性故障，結(jié)合運(yùn)行、檢修情況和其他試驗(yàn)結(jié)果來(lái)綜合判斷故障的部位，以準(zhǔn)確提供解決處理方案，保證變壓器安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]操敦奎，許維宗，阮國(guó)方.變壓器運(yùn)行維護(hù)與故障分析處理[M].北京:中國(guó)電力出版社，2008.

[2]GB/T7252—2001，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].