唐大洪

（攀枝花鋼鐵股份有限公司發(fā)電廠，四川攀枝花617012）

110 kV變壓器油色譜分析與內(nèi)部故障的發(fā)現(xiàn)

唐大洪

（攀枝花鋼鐵股份有限公司發(fā)電廠，四川攀枝花617012）

運用油色譜分析和三比值法，及時發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了110 kV變壓器內(nèi)部電弧放電故障，避免了重大設(shè)備事故的發(fā)生。制定可靠措施，保證了機組在無高壓備用電源情況下的安全可靠運行與啟停。

變壓器；油色譜分析；三比值法；電弧放電；應(yīng)對措施

1 前言

電力變壓器是發(fā)電廠最關(guān)鍵的設(shè)備之一，它承擔(dān)著電壓變換、電流分配和傳輸任務(wù)。和其他電氣設(shè)備相比故障率較低，但一旦發(fā)生故障，將會給電廠生產(chǎn)甚至整個系統(tǒng)帶來極大的危害。最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生，是電氣設(shè)備運行與管理的重要任務(wù)。

攀鋼發(fā)電廠有4臺110 kV變壓器。其中3臺為100 MW單元制發(fā)電機組配套的變壓器，另一臺為3臺機組提供高壓備用電源、以滿足機組啟動、停運和備用、檢修的需要。

2011年，攀鋼發(fā)電廠通過變壓器油色譜分析，成功發(fā)現(xiàn)并處理了一起110 kV高壓備用變壓器內(nèi)部電弧放電故障。并采取積極有效的措施，保證了3臺機組在高備變檢修期間的安全可靠運行與啟停。

2 油色譜分析的基本原理

色譜分析可以分析出變壓器絕緣油中溶解氣體的含量，油浸變壓器一般選用油紙或油和紙板組成的絕緣結(jié)構(gòu)。當(dāng)變壓器內(nèi)部油、紙老化或者發(fā)生熱故障、放電性故障時，會產(chǎn)生各種氣體，主要有氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等，這些氣體溶解于油中，不同氣體及濃度可以反映出不同類型的故障，油色譜分析就是利用這樣的原理來判斷變壓器內(nèi)部的狀態(tài)是否正常。根據(jù)有關(guān)試驗結(jié)果表明：

（1）300℃～800℃時，熱分解產(chǎn)生的氣體主要是甲烷、乙烷和乙烯。

（2）油中電弧放電時，分解氣體大部分是氫氣和乙炔，并有少量的甲烷和乙烯。

（3）局部放電，主要氣體為氫氣，少量甲烷和乙炔。火花放電，則有較多的乙炔。

3110 kV高備變內(nèi)部電弧放電故障的發(fā)現(xiàn)

攀鋼發(fā)電廠110 kV高備變于1993年6月投入運行，至今已運行近20年。主要設(shè)備參數(shù)如下：

型號：SFZ7—20000/110

設(shè)備類型：戶外冷卻

冷卻方式：油浸風(fēng)冷

結(jié)線組別：Y0/△—11

短路阻抗：10.3%

空載電流：0.37%

空載損耗：20.4 kW

油面溫升：55℃

額定電壓（kV）：110±8×1.25%/6.3

額定容量：20000 kVA

制造廠家：沈陽變壓器廠

長期以來，該廠每年都按照DL/7596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程規(guī)定，對高備變進行直流電阻、絕緣電阻、介質(zhì)損耗、絕緣油耐壓等各項電氣試驗工作和絕緣油取樣色譜分析等化學(xué)檢測工作，以便及時判斷和發(fā)現(xiàn)變壓器故障。2011年5月19日，高備變運行中取頂部油樣，油色譜分析試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 5月19日油色譜分析數(shù)據(jù)μL/L

從表1中數(shù)據(jù)可以看出，該變壓器內(nèi)部氣體H2和C2H2嚴(yán)重超標(biāo)，總烴超標(biāo)近10倍，并含有一定量的甲烷和乙烯，而之前，所有的電氣試驗數(shù)據(jù)顯示變壓器一切正常。從這些數(shù)據(jù)分析，該變壓器內(nèi)部可能存在著電弧放電現(xiàn)象。

按照IEC及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2000推薦的改良三比值法。即從5種特征氣體中選取兩種溶解度和擴散系數(shù)相近的氣體組成三對比值。然后根據(jù)一定的編碼規(guī)則和對應(yīng)的故障類型作為判斷依據(jù)。三比值計算及取值結(jié)果如表2所示。

表2 5月19日油樣三比值計算與取值

三比值取值即故障代碼為102，故障類型為電弧放電，主要故障原因有：線圈匝間、層間短路、相間閃絡(luò)、分接頭引線間油隙閃絡(luò)、引線對箱殼放電、線圈熔斷、分接開關(guān)飛弧、因環(huán)路電流引起電弧、引線對其他接地體放電等。

介于高備變在電廠的重要性，一旦停下檢修，將會導(dǎo)致機組的啟停非常被動，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致機組無法安全停機。在對高備變?nèi)嫱庥^檢查確認(rèn)和電氣試驗沒有發(fā)現(xiàn)任何問題后，又分三次取樣送檢并做三比值核對，故障代碼均為102（或101、111，故障類型同102）如表3、表4所示。

表3 三次油色譜分析數(shù)據(jù)與對應(yīng)三比值取值μL/L

表4 對應(yīng)三比值計算與取值μL/L

經(jīng)過多次取樣分析，已基本確認(rèn)為高備變內(nèi)部存在電弧放電，立即組織制定方案，安排停電退出備用檢修。

4 故障的處理與應(yīng)對措施

在確定高備變內(nèi)部存在電弧放電以后，電廠果斷決策將高備變改檢修狀態(tài)，吊鐘檢查其內(nèi)部故障情況。并制定了《高備變退出備用或檢修期間運行應(yīng)急保產(chǎn)預(yù)案》。

（1）保證機組保安電源的運行使故障機組能安全停機。

（2）盡量減小故障機組對其它運行機組的影響。

（3）避免廠用電非同期切換的發(fā)生,杜絕誤操作事故。

（4）避免發(fā)生廠用電切換時過電流，盡量減少對運行系統(tǒng)的影響。

檢查結(jié)果：變壓器鐵芯夾件與線圈壓鐵等電位連接線燒斷，斷點處有明顯的放電痕跡，如圖1所示。

圖1 等電位連接線燒斷放電

同時，夾件的固定螺栓對壓鐵有明顯的放電現(xiàn)象，如圖2所示。

實際上，線圈壓鐵是直接接地的，鐵芯夾件的等電位連接線因螺絲松動、接觸不良發(fā)熱燒斷后，產(chǎn)生懸浮電位，從而導(dǎo)致電弧放電。故障點溫度（5月19日油樣）按照實驗室公式計算：

9月1日～10月5日，高備變檢修期間，采取了以下措施，確保了2次停機、1次開機工作正常開展。

（1）3機運行，機組啟停期間所有6 kV輔機啟動要經(jīng)調(diào)度統(tǒng)一平衡。

（2）機組啟停期間，控制6 kV廠用負(fù)荷，安排停止相關(guān)機組制粉系統(tǒng)及輸灰系統(tǒng)運行，空壓機僅保留2臺運行，相關(guān)機組的380 V廠用電改由低備變供電。

（3）發(fā)電負(fù)荷低于30 MW前，廠用電切換為另一臺運行機組的6 kVB段供電，并盡量控制變壓器不過載。

（4）6 kVⅢB段過流定值減小為0.2 s跳閘。

（5）機組停完后，通過主變、高廠變倒送電帶廠用電并作為運行機組廠用備用電源。

5 結(jié)束語

（1）變壓器油色譜分析是監(jiān)測變壓器內(nèi)部絕緣的重要而有效的手段，可以不停電就能發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部是否存在潛伏性故障。尤其是新投運的變壓器和已投運10年以上的變壓器，必須定期做油色譜分析。但要注意這種方法目前尚有一定的局限性，有時并不可靠，故要對充油設(shè)備的故障部位做出準(zhǔn)確判斷，有賴于對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)的全面掌握，要結(jié)合其他試驗方法和歷年色譜數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行比較分析，有條件的最好采用在線連續(xù)檢測，實時掌握絕緣狀況。

（2）關(guān)于三比值法套用標(biāo)準(zhǔn)的問題。若套用國家標(biāo)準(zhǔn)GB7252-2001，此故障代碼102對應(yīng)的故障類型為高能放電。后經(jīng)多方求證，應(yīng)以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2000和IEC標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。故障類型不一樣，可能的故障原因也不一樣，這點一定要注意。

（3）油中氣體揮發(fā)及色譜分析差異性問題。從表中可以看出，同時取的變壓器油樣，分別送本公司發(fā)電廠和西昌供電局化驗，盡管總體趨勢一樣，但是西昌的化驗數(shù)據(jù)明顯的要比能動的數(shù)據(jù)小很多，說明油中氣體隨運輸時間和保存時間的延長會有揮發(fā)損失，同時，不同的試驗裝置對試驗結(jié)果會有離散值的影響。

Oil Chromatographic Analysis and Internal Fault Diagnosis of the 110 kV Transformer

TANG Dahong
(The Power Plant of Panzhihua Iron and Steel Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617012,China)

The fault of internal arc discharge of the 110 kV transformer was discovered and confirmed in time by using oil chromatographic analysis and three-ratio method,avoiding major equipment accidents.Reliable measures were drawn up to ensure safe and reliable operation and start-stop of the generating unit without high-voltage standby power source.

transformer;oil chromatographic analysis;and three-ratio method;arc discharge;countermeasure

圖2 夾件固定螺栓放電

TM41

B

1006-6764(2014)06-0011-03

2014－02－11

唐大洪（1976－），男，1997年畢業(yè)于攀鋼冶金工業(yè)學(xué)校電氣自動化專業(yè)，電氣助理工程師，現(xiàn)從事電氣專業(yè)技術(shù)工作。