劉章進(jìn)，楊　超

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

500 kV變壓器低壓側(cè)繞組損壞故障分析

劉章進(jìn)，楊超

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

摘要：電力變壓器故障檢測(cè)主要有電氣檢測(cè)和化學(xué)檢測(cè)兩種方法?；瘜W(xué)檢測(cè)主要是通過變壓器油中特征氣體的含量、產(chǎn)氣速率和三比值法進(jìn)行分析判斷，它能有效地發(fā)現(xiàn)變壓器的潛伏性故障及故障發(fā)展程度。實(shí)際應(yīng)用過程中，為了更準(zhǔn)確的診斷變壓器的內(nèi)部故障，色譜分析應(yīng)根據(jù)設(shè)備歷史運(yùn)行狀況、特征氣體的含量等采用不同的分析模型確定設(shè)備是否存在潛伏性故障以及故障類別。變壓器故障可能有一種或幾種故障同時(shí)存在，也可能從一種故障發(fā)展演變到另一種故障。本文結(jié)合電氣檢測(cè)和化學(xué)檢測(cè)兩種方法，講述了電路故障和磁路故障同時(shí)存在的案例。

關(guān)鍵詞：變壓器；色譜分析；三比值法；奧斯特瓦爾德系數(shù)

0　引言

變壓器故障診斷中應(yīng)綜合各種有效的檢測(cè)手段和方法，對(duì)得到的各種檢測(cè)結(jié)果要進(jìn)行綜合分析和評(píng)判。通過變壓器油中氣體含量分析，在不停電的情況下，對(duì)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效。實(shí)踐證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及程度直接有關(guān)，它們之間存在不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在判斷故障類型分析過程還應(yīng)考慮故障的發(fā)展和演變，歷史檢修處理情況等，本文研究了兩種不同的故障類型同時(shí)存在，共同產(chǎn)生的故障氣體溶解到油中對(duì)故障分析判斷的影響。

1　故障情況

1.1某電廠2號(hào)主變銘牌參數(shù)

表1

1.2故障過程描述

2012年12月28日，500 kV系統(tǒng)五民線發(fā)生兩次B相接地故障。2013年1月14日，2號(hào)主變油色譜分析發(fā)現(xiàn)C1+C2和C2H2（C1+C2：596.7μL/L、C2H2： 1.4μL/L）都超過了注意值。

2013年1月21日，排油打開主變?nèi)丝组T檢查,未找到故障點(diǎn)，2013年 1月 25日投運(yùn)（C1+C2：4.3μL/L）。

2013年 3月 28日，C1+C2發(fā)生突變（C1+C2：476.9μL/L；C2H2：3.4μL/L）。

2013年3月29日，更換1號(hào)、4號(hào)、5號(hào)冷卻器油泵；進(jìn)入變壓器內(nèi)檢，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)存疑點(diǎn)進(jìn)行處理（低壓側(cè)A相兩根并聯(lián)軟引線接觸不牢固；高壓側(cè)A相均壓球位置不正；分接開關(guān)6號(hào)接線端子聯(lián)接螺栓松動(dòng)）。

2013年3月31日，召開專題分析會(huì)議，2號(hào)主變投入試運(yùn)行檢查。試運(yùn)行后C1+C2仍呈上升趨勢(shì)。

2013年5月11日，2號(hào)主變油色譜分析發(fā)現(xiàn)C1+C2和C2H2發(fā)生突變（C1+C2：4 576.9μL/L、C2H2：16.3μL/L）。

2013年5月12日02∶00，2號(hào)主變輕瓦斯動(dòng)作，油色譜分析發(fā)現(xiàn)C1+C2和C2H2突變（C1+C2：5 182.7μL/L、C2H2：42.7μL/L）。

2013年5月14日，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)檢及歷史處理數(shù)據(jù)召開現(xiàn)場(chǎng)專項(xiàng)分析會(huì)，并處理好內(nèi)檢發(fā)現(xiàn)的高、低壓側(cè)油箱磁屏蔽多點(diǎn)接地問題，處理完成后注油，恢復(fù)后做短路試驗(yàn)，在短路試驗(yàn)過程中當(dāng)電流加到50%左右額定負(fù)荷對(duì)應(yīng)電流時(shí)輕瓦斯動(dòng)作。

2013年6月25日，借用特變電工衡陽變壓器廠產(chǎn)變壓器臨時(shí)替代運(yùn)行。

2013年9月23日，新訂購一臺(tái)特變電工衡陽變壓器廠產(chǎn)變壓器正式投入運(yùn)行，原2號(hào)主變返廠維修后轉(zhuǎn)備用。

2　故障類型判斷及故障點(diǎn)部位估計(jì)

2.1試驗(yàn)驗(yàn)證

電壓等級(jí) 500 kV及以上 C1+C2注意值是150μL/L，C2H2注意值是1μL/L，表2中C1+C2和C2H2明顯超過注意值。

2013年1月17日泄漏電流試驗(yàn)（表3）、繞組絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)試驗(yàn)（表4）、介損試驗(yàn)（表5）、繞組直流電阻試驗(yàn)（表6）未見異常。

表2　兩次色譜數(shù)據(jù)

表3　泄漏電流數(shù)據(jù)

表4　繞組絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)數(shù)據(jù)

表5　介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)

表6　繞組直流電阻數(shù)據(jù)

2.2故障發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)2013年1月14日到2013年1月15日試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算C1+C2產(chǎn)氣速率是否超過注意值。計(jì)算如下：

（1）相對(duì)產(chǎn)氣速率=[（699.6－596.7）/596.7/0.03× 100%=575%/月＞10%/月

（2）絕對(duì)產(chǎn)氣速率=（699.6－596.7）/1×58/0.85=7 028mL/d＞12mL/d

GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則》[5]規(guī)定相對(duì)產(chǎn)氣速率注意值不大于10%/月，絕對(duì)產(chǎn)氣速率不大于12mL/d。

可見，氣體上升速度很快，且相對(duì)產(chǎn)氣速率和絕對(duì)產(chǎn)氣速率分別遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10%/月和12mL/d，可認(rèn)為設(shè)備重大異常。

2013年5月12日02∶00 2號(hào)主變輕瓦斯動(dòng)作,2號(hào)機(jī)組停機(jī)。根據(jù)表7數(shù)據(jù)，2013年5月11日08∶00和2013年5月12日03∶00 H2、C1+C2和C2H2都發(fā)生了突變，并且增速越來越快。以兩次突變的數(shù)據(jù)為例，使有三比值法[5]判斷故障類型，故障編碼為022，故障類型為高溫過熱。

根據(jù)C1+C2的絕對(duì)產(chǎn)氣速率，判斷故障發(fā)展趨勢(shì)：

5月9日絕對(duì)產(chǎn)氣速率=（3627.7－3495.0）/2× 58/0.85=4525mL/d＞12m L/d

5月11日絕對(duì)產(chǎn)氣速率=（4576.9－3627.7）/2×58/0.85=32384mL/d＞12mL/d

5月12日絕對(duì)產(chǎn)氣速率=（5182.7－4576.9）/1×58/0.85=41336mL/d＞12mL/d

三次的絕對(duì)產(chǎn)氣速率快速增長(zhǎng)，表明故障日趨嚴(yán)重。

表7　2013年5月8日和2013年5月12日的色譜數(shù)據(jù)

2.3故障類型判斷

表2的特征氣體中，C2H4、H2、CH4和C2H6為主要成份，次要成份為H2和C2H6，還有少量的C2H2。按照國標(biāo)DL/T722-2000故障判斷方法可以初步認(rèn)定變壓器內(nèi)部存在過熱故障，有少量的C2H2產(chǎn)生可判斷溫度很高。故障類型用三比值法計(jì)算再由編碼規(guī)則確定故障編碼，故障編碼為022，故障類型為高溫過熱。

表2中數(shù)據(jù)使用二比值法判斷[1]，C2H2/C2H4＝1.4/369.8=0.0037＜0.1，可以判斷為過熱故障。再根據(jù)C2H4/C2H6的比值來判斷故障程度，C2H4/C2H6=369.8/ 64.9=5.69＞3，故障為高溫過熱。

使用兩種方法判斷所得出的結(jié)果都為高溫過熱故障，變壓器油裂解的產(chǎn)物與溫度有關(guān)，溫度不同產(chǎn)生的特征氣體也不同；如果已知故障情況下油中產(chǎn)生的有關(guān)氣體的濃度，可以估算出故障源的溫度。高溫過熱的熱點(diǎn)溫度經(jīng)驗(yàn)公式如下[2]：

2.4奧斯特瓦爾德系數(shù)

奧斯特瓦爾德系數(shù)定義為[4]：

當(dāng)氣、液兩相達(dá)到平衡時(shí),對(duì)某特定氣體來說，油中溶解氣體原始濃度與平衡氣相濃度存在以下關(guān)系：2 6

已知某溫度下的奧斯特瓦爾德系數(shù),通過氣相色譜測(cè)定平衡條件下的氣相組分濃度,根據(jù)上式計(jì)算得出此溫度下的油中溶解濃度。

根據(jù)表8中2013年5月12日瓦斯氣分析數(shù)據(jù)，考慮到輕瓦斯動(dòng)作，可能有新的故障發(fā)生，新故障產(chǎn)生的氣體和原故障產(chǎn)生的氣體同時(shí)溶解在變壓器油中，這樣就干擾了對(duì)新故障類型的判斷。我們用瓦斯繼電器內(nèi)的氣體濃度換算到油中濃度得出的數(shù)據(jù)用三比值法判斷故障類型，這樣就能比較準(zhǔn)確判斷哪種故障類型占主導(dǎo)作用。

換算后數(shù)據(jù)，使用三比值法判斷故障類型，故障編碼為102，故障類型為電弧放電。如果使用油中氣體含量數(shù)據(jù)（表8），故障編碼為022，故障類型為高溫過熱。兩次故障類型截然不同，可以肯定的是現(xiàn)在是高溫過熱故障和電弧放電故障共同作用，電弧放電故障占主導(dǎo)作用。電弧放電產(chǎn)氣速度快，產(chǎn)氣量大，尤其是線圈匝間和層間短路故障。因這種故障發(fā)展速度快，往往故障產(chǎn)生的氣體來不及溶解到油中就進(jìn)入到氣體繼電器，引起瓦斯繼電器動(dòng)作。

表8　奧斯特瓦爾德系數(shù)（50℃）

3　故障點(diǎn)部位判定

3.1色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)判定故障部位

根據(jù)表2、表7數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算判斷屬高溫過熱潛伏性故障，三比值法和C1+C2產(chǎn)氣速率判斷變壓器故障發(fā)展惡化了。三比值的最大不足之處是不能準(zhǔn)確判定故障部位，一般可以根據(jù)導(dǎo)電回路和磁路產(chǎn)氣特征的某些差別來推斷故障是導(dǎo)電回路還是磁路部分。如：故障點(diǎn)在導(dǎo)電回路時(shí)，通常有C2H2，且含量較高，C2H4/C2H6的比值也較高，C2H4的產(chǎn)氣速率往往高于CH4的產(chǎn)氣速率。對(duì)于磁路故障一般沒有C2H2，或者很少，而且C2H4/C2H6的比值也較小，多數(shù)情況下該比值為6以下。由表2中色譜分析結(jié)果（C2H4/C2H6=325.1/56.5=5.7，C2H2=1.4）來看可以肯定是磁路故障，再用表3中3月6日數(shù)據(jù)（C2H4/C2H6=38.6/13.0=2.9，C2H2=0.0）和5月7日數(shù)據(jù)（C2H4/C2H6=1851.1/402.0=4.6，C2H2=9.89）驗(yàn)證了是磁路故障，由CO和CO2含量較少可判斷故障不涉及到固體絕緣。而磁路又可能是鐵芯漏磁、片間短路、鐵芯多點(diǎn)接地等。

根據(jù)表8中數(shù)據(jù)判斷為高溫過熱故障和電弧放電故障共同作用，電弧放電故障占主導(dǎo)作用?？赡艿墓收宵c(diǎn)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(duì)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(duì)其他接地體放電等。返廠檢修發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)在鐵芯和A相低壓線圈。

3.2直流電阻試驗(yàn)判定故障部位

從表9中數(shù)據(jù)來看，低壓繞組的直流電阻線間差值由1.2%變化到2.4%，那表明低壓線圈可能存在問題。當(dāng)直流電阻線間差超過2.4%時(shí)，將線電阻換算成相電阻[3]。

表9　直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

線電阻換算成相電阻電阻以便找出故障發(fā)生在哪一相。根據(jù)此臺(tái)主變的繞組結(jié)線方式，將線阻換算成相阻計(jì)算。

表10　線電阻換算成相電阻

比較表10中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，a相相電阻變化率超過規(guī)程要求的1倍。由此可以判斷低壓繞組a相線圈存在問題，實(shí)際返廠檢查A相低壓線圈在第96餅位置從外向內(nèi)熔斷8根線，其中絕緣層炭化的根數(shù)已向內(nèi)深度擴(kuò)展。

3.3局部放電試驗(yàn)

2013年5月21日試驗(yàn)數(shù)據(jù)（A相：2 300 pc，B相：300 pc，C相：300 pc），A相局部放電量遠(yuǎn)大于注意值300 pc，可判斷A相存在故障，實(shí)際返廠檢查表明A相低壓線圈在第96餅位置從外向內(nèi)熔斷8根線，高壓A相局放由低壓傳遞出去，局放故障點(diǎn)在低壓線圈。

4　返廠內(nèi)部檢查及處理情況

4.1器身檢查情況

檢查高、低壓側(cè)線圈組表面，發(fā)現(xiàn)絕緣完好無損，無異常情況。

4.2鐵芯拔片檢查

鐵芯拔片過程中發(fā)現(xiàn)，鐵芯尖角有部分受損及明顯過熱痕跡：拔片后發(fā)現(xiàn)，鐵芯有明顯過熱痕跡，離近縫隙位置最為嚴(yán)重，過熱嚴(yán)重部位均分布在芯柱和旁軛主磁通位置。

4.3線圈檢查

（1）檢查A相線圈高壓、中壓線圈，在撕開該圍屏后發(fā)現(xiàn)其線圈有上有顯著高溫碳化、融化痕跡。

（2）A相低壓線圈在第96餅位置從外向內(nèi)熔斷8根線，其中絕緣層炭化的根數(shù)已向內(nèi)深度擴(kuò)展，見圖1。

4.4解體故障檢查分析

結(jié)合有代表性的三比值故障類型和檢查異常情況，初步判斷產(chǎn)品故障主要體現(xiàn)在渦流引起銅過熱、鐵芯漏磁、線圈局部短路、層間絕緣不良幾個(gè)方面，即磁路和電路異常共同導(dǎo)致油色譜的跳躍性變化：

（1）從鐵芯檢查情況看，離近縫位置片料損傷嚴(yán)重，說明制造時(shí)期鐵芯制造工藝存在諸多不完善，給產(chǎn)品留下了先天性缺陷是鐵芯過熱的原因之一。同時(shí)從鐵芯主級(jí)及旁軛過熱情況看，設(shè)計(jì)時(shí)主磁通選取值不能滿足產(chǎn)品長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行的要求。

圖1　熔斷的線圈

（2）電路故障原因分析：被熔斷的某一根線中可能存在接頭，且該接頭存在缺陷，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)該點(diǎn)存在長(zhǎng)期過熱，隨溫度升高缺陷點(diǎn)逐漸惡化并反復(fù)多次出現(xiàn)，最終該點(diǎn)熔斷。熔斷后伴隨放電并隨即擴(kuò)展到相鄰工作線，而油中大量雜質(zhì)加劇了故障惡化。這與高壓A相局放大并反復(fù)處理未果和低壓電阻偏大的情況相吻合（高壓A相局放由低壓傳遞出去，其局放故障點(diǎn)在低壓線圈）。

5　結(jié)束語

主變壓器故障對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益都是致命的威脅，通過對(duì)油色譜分析，能發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障。但變壓器故障是不斷發(fā)展變化的，本例講述了兩種故障共存時(shí)的分析處理，為同類型故障分析處理提供了參考。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人們研究的不斷深入，化學(xué)和電氣檢測(cè)方法在變壓器故障處理中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]操敦奎，許維宗，阮國方.變壓器運(yùn)行維護(hù)與故障分析處理[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]操敦奎.變壓器油色譜分析與故障診斷[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部.變壓器類設(shè)備典型故障案例匯編[M].北京：中國電力出版社，2012

[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 7595-2008運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[5]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

中圖分類號(hào)：TM41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）08-0049-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.014

收稿日期：2015-05-04

作者簡(jiǎn)介：劉章進(jìn)（1981-），男，工程師，從事水電廠油品試驗(yàn)及分析工作。