/徐州供電公司 司增彥/

一例變壓器內(nèi)部故障的分析與處理

/徐州供電公司 司增彥/

本文通過(guò)工作中變壓器故障的實(shí)例，利用氣相色譜分析法并結(jié)合電氣試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析診斷了一起變壓器無(wú)載分接開(kāi)關(guān)接觸不良引起的過(guò)熱及電弧放電故障原因，對(duì)故障位置做出了準(zhǔn)確的判斷，通過(guò)變壓器吊罩檢查驗(yàn)證了變壓器無(wú)載分接開(kāi)關(guān)故障位置，提出了對(duì)于無(wú)載分接開(kāi)關(guān)故障的防范措施，確保了變壓器的安全運(yùn)行。

變壓器 無(wú)載分接開(kāi)關(guān) 色譜分析 電氣試驗(yàn) 故障 診斷

0 引言

電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中采用分接開(kāi)關(guān)對(duì)電壓進(jìn)行分級(jí)調(diào)節(jié)，實(shí)際運(yùn)行中往往有很多因素共同作用于分接開(kāi)關(guān)，導(dǎo)致其動(dòng)靜觸頭接觸不良的情況，強(qiáng)大的電流使分接開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)劇烈升溫，變壓器內(nèi)部發(fā)生過(guò)熱、甚至放電，造成故障點(diǎn)附近的絕緣物分解，產(chǎn)生的氣體不斷地溶解在變壓器油中；故障的性質(zhì)不同，產(chǎn)生的氣體組分也不同，即便是故障性質(zhì)相同，由于故障的程度不同，產(chǎn)生的氣體數(shù)量也不相等。由油或固體絕緣材料分解產(chǎn)生的氣體形成氣泡，在油里經(jīng)對(duì)流、擴(kuò)散，不斷地溶解，這些故障氣體的組成和含量與故障的類型及其嚴(yán)重的程度有著密切的關(guān)系，因此，分析溶解于油中的氣體組分，結(jié)合電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，就可能發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的各種故障。本文就是一起變壓器無(wú)載分接開(kāi)關(guān)故障診斷過(guò)程的典型例證。

1 故障概述

我公司某110kV變電站有兩臺(tái)主變，容量2×50MVA，主變型號(hào)均為SSZ9—50000/110，電壓比為110±8×1.25%/38.5，2×2.5%/10.5，連接組別YN，yn0，d11，于2003年3月正式投入運(yùn)行，投運(yùn)以來(lái)歷次電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)及色譜分析均顯示該變壓器處于正常運(yùn)行狀態(tài)。2013年12月30日凌晨6：08，該變電站控制室顯示屏突然發(fā)出“1號(hào)主變重瓦斯動(dòng)作、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作等”信號(hào)，主變?nèi)齻?cè)斷路器跳閘，運(yùn)行人員立即啟動(dòng)事故應(yīng)急處理預(yù)案，巡視檢查斷路器確定在分閘位置，隨即拉開(kāi)刀閘，使之處于檢修狀態(tài)。

2 故障診斷

變壓器停運(yùn)后，檢修人員立即對(duì)變壓器本體、三側(cè)開(kāi)關(guān)、刀閘、避雷器等設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)變壓器本體及范圍內(nèi)設(shè)備外觀正常，無(wú)爆炸、著火、燒蝕、放電等現(xiàn)象，但主變35kV側(cè)氧化鋅避雷器雷電計(jì)數(shù)器 A、B、C三相記錄數(shù)值分別為60、62、60（上次效驗(yàn)設(shè)定底數(shù)均為60），從避雷器B相動(dòng)作情況，可以初步斷定變壓器中壓B相可能出現(xiàn)過(guò)電壓，同時(shí)對(duì)1號(hào)變壓器本體絕緣油取樣進(jìn)行色譜分析，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行必要的診斷性電氣試驗(yàn)。

2.1 油中溶解氣體色譜分析

我們查閱了變壓器事故前例行油化試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)均未發(fā)現(xiàn)大的異常，此次故障，油化色譜分析報(bào)告顯示除CO、CO2外，油中溶解氣體各組分均顯著增加，初步診斷該變壓器內(nèi)部故障不涉及固體絕緣。1號(hào)變壓器故障前后油氣相色譜分析結(jié)果見(jiàn)表1。

顯然，表中氣相色譜分析數(shù)據(jù)各氣體組分均有不同程度的增加，主要特征氣體是H2和C2H2，三比值原則（C2H2/C2H4、CH4/ H2、C2H4/C2H6）計(jì)算分析主變中部的編碼為201，C2H2產(chǎn)氣量超出5μL/L，由此推測(cè)變壓器中部油中可能存在火花放電或懸浮電位之間的火花放電等故障；主變底部的編碼為102，H2產(chǎn)氣量超出150μL/L，C2H2產(chǎn)氣量超出5μL/L，總烴產(chǎn)氣量超出150μL/L ，可以診斷為變壓器底部存在電弧放電兼過(guò)熱故障[1，2]。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算故障時(shí)溫度：

經(jīng)計(jì)算中部溫度為638.68℃，底部溫度為896.81℃，進(jìn)一步懷疑故障發(fā)生在變壓器底部。故障原因可能存在下列幾種情況：線圈匝、層間短路，相間短路，分接頭引線油隙閃絡(luò)，引線對(duì)箱殼放電，線圈熔斷，引線對(duì)外殼放電，無(wú)載分接開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)引起電弧等。

2.2 電氣試驗(yàn)

2.1.1 直流電阻測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了直流電阻測(cè)量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，數(shù)據(jù)顯示高壓繞組與低壓繞組的直流電阻均平衡合格，而在中壓繞組1、2、3檔的直流電阻最大不平衡率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2%的標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)在中壓繞組5檔B相測(cè)量中無(wú)法注入測(cè)量電流，沒(méi)有測(cè)量結(jié)果。

查詢變壓器服役資料，投運(yùn)時(shí)中壓無(wú)載開(kāi)關(guān)處于4檔位置，2011年由于系統(tǒng)要求改調(diào)至5檔運(yùn)行，中壓繞組1、2、3檔不平衡率嚴(yán)重超標(biāo)，初步判斷變壓器中壓側(cè)1、2、3檔可能長(zhǎng)時(shí)期處于非使用檔位，動(dòng)靜觸頭氧化，造成接觸電阻過(guò)大，以致測(cè)量數(shù)據(jù)超標(biāo)；而中壓繞組5檔B相無(wú)法注入測(cè)量電流，沒(méi)有測(cè)量數(shù)據(jù)，初步懷疑中壓繞組B相無(wú)載開(kāi)關(guān)因接觸不可靠，致使導(dǎo)電部位接觸不良，接觸電阻增大，產(chǎn)生局部過(guò)熱，使其周圍的絕緣油嚴(yán)重過(guò)熱，形成局部游離碳，由于變壓器油流作用對(duì)地產(chǎn)生導(dǎo)電通道，動(dòng)、靜觸頭在電勢(shì)作用下發(fā)生擊穿或?qū)Φ囟搪贩烹姰a(chǎn)生電弧，把中壓線圈抽頭部分燒壞，極端時(shí)可能造成整個(gè)繞組的燒損[3]。

2.1.2 低電壓短路阻抗試驗(yàn)

表1 青山泉1#主變油樣色譜分析結(jié)果（單位：μL/L）

為了進(jìn)一步確定變壓器故障情況，又做了變壓器低電壓短路阻抗試驗(yàn)，短路阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，高壓繞組回路所測(cè)數(shù)據(jù)正常，中壓繞組在4檔時(shí)測(cè)得數(shù)據(jù)正常，而調(diào)轉(zhuǎn)至5檔時(shí)測(cè)量，C、A相電壓、電流正常，在相近條件下，A、B相及B、C相測(cè)量時(shí)電壓、電流均不正常，特別是電流極小，因此判斷中壓B相回路存在問(wèn)題，可能是5檔分接開(kāi)關(guān)線圈熔斷或是動(dòng)靜觸頭接觸不可靠。

除上述試驗(yàn)外，還對(duì)變壓器的絕緣電阻、介質(zhì)損耗及繞組電容量、繞組變形等項(xiàng)目進(jìn)行了試驗(yàn)，均未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。綜上試驗(yàn)分析初步懷疑該主變壓器中壓測(cè)B相無(wú)載分接開(kāi)關(guān)存在故障，需吊罩檢查進(jìn)一步確認(rèn)。

3 吊罩檢查及分析

為了進(jìn)一步確定變壓器故障原因及故障點(diǎn)位置，公司研究決定進(jìn)行吊罩檢查，吊罩后檢查所有引線連接均未松動(dòng)，繞組表面無(wú)放電痕跡，鐵心和夾件也無(wú)異常；但在繞組表面發(fā)現(xiàn)大量熔化的銅質(zhì)微粒，且在有B相中壓無(wú)載分接開(kāi)關(guān)選擇器動(dòng)靜觸頭接觸位置有電弧放電燒損痕跡并油垢積聚現(xiàn)象，同時(shí)也驗(yàn)證了油氣相色譜分析顯示變壓器中部油中可能存在火花放電或懸浮電位之間的火花放電等故障，底部存在電弧放電兼過(guò)熱情況的分析，如圖1、圖2所示。

表2 青山泉1#主變故障后高壓測(cè)直流電阻測(cè)量結(jié)果（單位：mΩ）

表3 青山泉1#主變故障后低電壓短路阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的大量銅質(zhì)微粒

圖2 中壓側(cè)B相觸頭燒損情況

按照無(wú)載分接開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖（以B相為例），如圖3所示，B相中壓分接開(kāi)關(guān)選擇器靜觸頭6與動(dòng)觸頭接觸位置，分別測(cè)量中壓測(cè)單相各觸點(diǎn)的直流電阻，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表4所示。根據(jù)分接開(kāi)關(guān)各靜觸頭所測(cè)得的直流電阻數(shù)據(jù)分析， B、C相各測(cè)量回路測(cè)得電阻值基本接近，結(jié)合前面中壓側(cè)直流電阻測(cè)量結(jié)果，可判定主變B相繞組部分未出現(xiàn)問(wèn)題，且在觸頭1、2、3、4處也未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)一步可判定B相動(dòng)靜觸頭5、6連接處（即無(wú)載分接開(kāi)關(guān)的5檔）存在接觸不良故障，從而造成事故的發(fā)生。

圖3 中壓側(cè)繞組無(wú)載分接開(kāi)關(guān)B相示意圖

由于變壓器無(wú)載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭（分接5檔）部分已經(jīng)燒熔，分接開(kāi)關(guān)發(fā)熱后使彈簧壓力降低及變形，失去性能，且變壓器內(nèi)部器身分布大面積的銅質(zhì)微粒，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法修復(fù)，于是決定將該變壓器返廠進(jìn)行大修處理。

變壓器返廠大修，更換無(wú)載分接開(kāi)關(guān)及對(duì)變壓器油進(jìn)行處理后，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常，重新安裝服役，現(xiàn)正在系統(tǒng)安全運(yùn)行。

4 防范措施

在變壓器變換分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行過(guò)程中，由于多種原因致使分接開(kāi)關(guān)接觸不良，從而引起發(fā)熱燒毀分接開(kāi)關(guān)，情況嚴(yán)重時(shí)可能燒毀變壓器，因此，分接開(kāi)關(guān)的性能會(huì)直接影響到變壓器的安全運(yùn)行。針對(duì)變壓器無(wú)載分接開(kāi)關(guān)存在的問(wèn)題，提出幾點(diǎn)防范措施[4]。

（1）必要時(shí)進(jìn)行吊芯處理，首先檢查觸點(diǎn)部分是否有燒壞或過(guò)熱變色的現(xiàn)象；分接引線與觸座的連接是否有松動(dòng)的現(xiàn)象；如無(wú)缺陷；用浸有酒精（或丙酮）的布擦拭觸頭各部分以除掉氧化膜及油膜。

表4 青山泉1#主變吊罩后中壓側(cè)B、C相動(dòng)靜觸點(diǎn)直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)（單位：mΩ）

（2）檢查動(dòng)觸頭（環(huán)）和觸座的壓力是否足夠，可用手指按壓試之，各觸頭（環(huán)）的壓力應(yīng)基本均勻，如有條件應(yīng)測(cè)量觸頭接觸壓力，分接開(kāi)關(guān)嚴(yán)重?zé)齻麜r(shí)，必須更換。

（3）如變壓器在停電后不做吊芯檢查，可進(jìn)行外觀檢查，緊固有無(wú)松動(dòng)，絕緣是否良好，絕緣距離是否符合要求，檔位指示是否正確，手柄應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活無(wú)卡澀（具體應(yīng)將絕緣開(kāi)關(guān)換擋手柄來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)幾下，以消除觸頭表面的氧化膜，使之接觸良好），應(yīng)特別檢查開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭是否停留在正確的位置上。

（4）最重要一點(diǎn)，檢修過(guò)的分接開(kāi)關(guān)應(yīng)進(jìn)行電氣試驗(yàn)，測(cè)量線圈各分接位置的直流電阻，并與原始記錄標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較（同溫度下），合格后才能將其投入運(yùn)行。

（5）提高工作人員的綜合檢修技能及責(zé)任心，嚴(yán)格、規(guī)范地執(zhí)行變壓器檢修規(guī)程。

（6）對(duì)運(yùn)行變壓器定期做油的氣相色譜分析和電氣試驗(yàn)，同時(shí)加強(qiáng)設(shè)備巡視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

（7）加強(qiáng)運(yùn)維人員的素質(zhì)培訓(xùn)，提高其工作責(zé)任心，杜絕人為操作事故發(fā)生。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于負(fù)荷電流較大的變壓器，由于無(wú)載分接開(kāi)關(guān)接觸不良，會(huì)使其觸頭表面腐蝕、氧化，或觸頭之間的接觸壓力下降，使接觸電阻增大，而形成變壓器的過(guò)熱性故障。因此變壓器分接開(kāi)關(guān)的觸頭應(yīng)具有良好的接觸和導(dǎo)電性能，要求接觸電阻要小而穩(wěn)定，并且在長(zhǎng)期通過(guò)額定電流時(shí)溫升不應(yīng)超過(guò)允許值。如果接觸電阻增大，強(qiáng)大的電流使分接開(kāi)關(guān)觸頭有低溫逐步發(fā)展為高溫，過(guò)熱使周圍變壓器油變性，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生電弧放電而造成設(shè)備損毀。應(yīng)用色譜分析和電氣試驗(yàn)方法相結(jié)合綜合分析判斷，對(duì)變壓器設(shè)備事故的診斷起到重要作用；及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行變壓器故障診斷性試驗(yàn)，利用有關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析診斷，是可以判斷出故障的性質(zhì)和部位，及時(shí)消除缺陷，把事故消滅在萌芽狀態(tài)，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 游榮文.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)[M].北京：國(guó)家電力公司電氣教育出版社,2003.

[2] 江蘇省電力公司.江蘇省電力設(shè)備交接及預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].2001.

[3] 陳化剛.電力設(shè)備事故處理手冊(cè)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2004.

[4] 錢汝立,凌錫琮,凌錫瑋,譯.日本電氣書院編.電氣設(shè)備故障檢測(cè)手冊(cè)[M].北京水利電力出版社,1984.