林翠婷

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

0 前言

電力變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保證電網(wǎng)安全可靠至關(guān)重要。變壓器繞組及鐵心是傳遞及變換電磁能的主要部件，也是造成變壓器故障及重大缺陷的部件之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因變壓器鐵心問(wèn)題造成的變壓器故障排其第三位[1]。變壓器正常運(yùn)行時(shí)鐵心要求單點(diǎn)接地，當(dāng)出現(xiàn)多點(diǎn)接地時(shí)，則接地點(diǎn)之間構(gòu)成閉合回路，在鐵心內(nèi)部磁通交鏈下形成環(huán)流。該環(huán)流會(huì)引起局部過(guò)熱，導(dǎo)致變壓器油分解劣化，特征氣體含量超標(biāo)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞鐵心，導(dǎo)致變壓器不能正常運(yùn)行[2-5]。因此，開(kāi)展鐵心多點(diǎn)接地故障檢測(cè)技術(shù)研究具有重要的工程意義。

電力變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障的診斷方法包括：吊罩查找故障點(diǎn)法、紅外法、電氣法（主要指測(cè)試絕緣電阻、鐵心接地電流等）、油中溶解氣體氣相色譜分析法等[1,4-7]。吊罩檢查是最為直接有效的方法，但對(duì)于大容量高電壓等級(jí)的變壓器而言不具有頻繁實(shí)施的條件。紅外法是利用變壓器多點(diǎn)接地故障的熱效應(yīng)通過(guò)變壓器溫度分布進(jìn)行故障檢測(cè)[8]。由于紅外線穿透能力較弱，不能穿透外殼和絕緣材料，所以在鐵心接地故障檢測(cè)中未能實(shí)際使用。目前常見(jiàn)的電氣法是直接用鉗形電流表在鐵心接地引線上測(cè)量變壓器鐵心接地電流，接地電流突然異常增大可以作為鐵心多點(diǎn)接地的判據(jù)[9]。這種方法可以用于帶電檢測(cè)，投資小，缺點(diǎn)在于檢測(cè)的時(shí)效性較差。絕緣電阻檢測(cè)是通過(guò)測(cè)量鐵心對(duì)地電阻進(jìn)行多點(diǎn)接地故障判斷，測(cè)量時(shí)需要斷開(kāi)鐵心的正常接地線，只能在變壓器大修時(shí)進(jìn)行[10-11]。此外，行波法和高頻法在實(shí)際中也有應(yīng)用。行波法通過(guò)對(duì)鐵心中注入的方波信號(hào)的折反射畸變推斷多點(diǎn)接地位置，系統(tǒng)較為復(fù)雜[12]；高頻法則通過(guò)一二次繞組中的高頻信號(hào)關(guān)系推斷鐵心阻抗和多點(diǎn)接地情況[13]。最后，變壓器油中溶解氣體的氣相色譜分析是目前最常用最成熟的鐵心多點(diǎn)接地技術(shù)，應(yīng)用最為廣泛[14]。

本文將基于油中溶解氣體特征判斷鐵心多點(diǎn)接地故障的檢測(cè)方法用于實(shí)際變壓器故障診斷。對(duì)一臺(tái)220 kV變壓器油中溶解氣體進(jìn)行了跟蹤分析，提出了鐵心多點(diǎn)接地導(dǎo)致過(guò)熱的判斷依據(jù)，進(jìn)而通過(guò)吊罩檢查說(shuō)明所應(yīng)用方法的可行性，并最終通過(guò)針對(duì)性治理提高變壓器運(yùn)行可靠性。

1 油中溶解氣體的鐵心多點(diǎn)故障檢測(cè)

油中溶解氣體組分與變壓器內(nèi)部潛伏性故障的能量直接相關(guān)，油中溶解氣體分析可用于變壓器內(nèi)部潛伏性故障的檢測(cè)。在利用油中溶解氣體組分的比例關(guān)系進(jìn)行變壓器故障診斷時(shí)，常將以過(guò)熱故障，放電故障和受潮進(jìn)行故障分類(lèi)。過(guò)熱故障又分為低溫過(guò)熱（低于300℃）、高溫過(guò)熱（高于700℃）和介于兩者之間的中溫過(guò)熱三種。其中鐵心多點(diǎn)接地時(shí)，由于鐵心中流過(guò)很大的換流，局部過(guò)熱溫度可能很高，屬于高溫過(guò)熱故障，其特征氣體為C2H4，其次為CH4，嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生微量C2H2，其最大含量不超過(guò)總烴的6%。當(dāng)故障涉及到固體絕緣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生CO或CO2。

南方電網(wǎng)公司檢修試驗(yàn)規(guī)程《Q/CSG1206007-2017》規(guī)定了油中溶解氣體的濃度注意值和產(chǎn)氣速率注意值，兩者均超過(guò)注意值時(shí)可以判斷發(fā)生了變壓器內(nèi)部故障。由于不同故障所對(duì)應(yīng)的油中氣體含量和組分不同，可以根據(jù)氣體含量的比例進(jìn)行故障類(lèi)型判斷，IEC推薦使用三比值法進(jìn)行判斷。三比值即C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H2/C2H6。三 比 值 法 根 據(jù) 氣體含量計(jì)算編碼組，然后查表即可確定故障類(lèi)型。IEC三比值法的編碼規(guī)則如表1所示。高于700℃的高溫過(guò)熱故障所對(duì)應(yīng)的編碼為0,2,2。

2 鐵心多點(diǎn)接地故障實(shí)例

220 kV某變電站#2主變型號(hào)為SFSZ7-180000/220，額定容量180000kVA，色譜預(yù)試中，發(fā)現(xiàn)該主變油樣中的總烴含量達(dá)到180.33μL/L，超過(guò)規(guī)程規(guī)定注意值。對(duì)該情況進(jìn)行說(shuō)明及分析，為采取下一步措施提供參考依據(jù)。

表1 IEC三比值法編碼規(guī)則表

2.1 變壓器試驗(yàn)及分析

2.1.1 油色譜測(cè)試情況及分析

變壓器油色譜試驗(yàn)總烴與該變壓負(fù)荷關(guān)系如圖1所示。從油色譜數(shù)據(jù)及其與負(fù)荷關(guān)系圖看有以下分析結(jié)論：

1）近年來(lái)主變油樣中CH4+C2H4占總烴比例數(shù)值一直穩(wěn)定在90%，表明#2主變壓器長(zhǎng)期處于該運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定；

2）該主變油樣一個(gè)月以來(lái)總烴含量的相對(duì)產(chǎn)氣速率為27.8%，大于判斷導(dǎo)則中10%的注意值，可判斷主變內(nèi)部存有異常；

3）油樣中CH4+C2H4占總烴比例達(dá)到90%，C2H4占主導(dǎo)，且總烴含量的增長(zhǎng)與該主變負(fù)荷成正相關(guān)性，經(jīng)綜合分析，判斷變壓器內(nèi)部存在過(guò)熱情況。符合高溫過(guò)熱缺陷氣體特征。按照三比值法編碼規(guī)則對(duì)近5次的主變油樣色譜測(cè)試結(jié)果進(jìn)行編碼，得出的結(jié)果均為“0,2,2”，對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)型為高于700℃的高溫過(guò)熱。同時(shí)由于CO含量明顯偏高，該過(guò)熱故障可能涉及到絕緣紙。

圖1 #2主變總烴與負(fù)荷關(guān)系

2.1.2 電氣試驗(yàn)情況及分析

為更進(jìn)一步判斷該主變?nèi)毕萸闆r，對(duì)該主變進(jìn)行了停電后的電氣試驗(yàn)。斷開(kāi)該主變鐵心引出接地線，用兆歐表測(cè)量該主變鐵心接地套管對(duì)地絕緣電阻。該主變鐵心對(duì)地絕緣電阻為0，表明該主變內(nèi)部可能存在鐵心多點(diǎn)接地故障。測(cè)量該主變高、中、低側(cè)繞組直流電阻，各組數(shù)據(jù)未超過(guò)相關(guān)規(guī)程的注意值，且各相之間與歷年數(shù)據(jù)無(wú)明顯偏差，結(jié)合色譜H2含量較低，可排除該主變故障部位在電氣回路的可能。

2.2 吊罩檢查驗(yàn)證及處理

經(jīng)分析認(rèn)為油道絕緣間放電原因可能是由于鐵心內(nèi)有雜質(zhì)造成或有某部位碰接以及絕緣油的質(zhì)量下降影響而導(dǎo)致鐵心多點(diǎn)短路造成的，該現(xiàn)象還會(huì)產(chǎn)生環(huán)流造成渦流發(fā)熱，而且會(huì)根據(jù)電流變化溫度也隨著增高發(fā)熱，這也是有該臺(tái)主變總烴超標(biāo)的直接原因。

對(duì)高壓側(cè)中性點(diǎn)套管引線的焊接部位進(jìn)行重焊接加固和包扎處理，避免其由于焊接不良而導(dǎo)致的變壓器發(fā)熱問(wèn)題。對(duì)油道進(jìn)行取消軟連接用鋼條進(jìn)行固定連接，這樣使其形成一個(gè)整體鐵芯，并不會(huì)影響鐵心容量及散熱效果，之后對(duì)器身及鐵心表面進(jìn)行清潔并用熱油循環(huán)方法將器身及鐵心雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾、干燥等措施。經(jīng)處理，對(duì)鐵心進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)，鐵心對(duì)地絕緣電阻大于10MΩ。后期跟蹤該主變油色譜情況無(wú)異常，主變運(yùn)行狀部良好。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文應(yīng)用油中溶解氣體分析法成功診斷了一起220 kV在運(yùn)變壓器鐵心多地接地故障，通過(guò)分析故障原因采取了針對(duì)性治理措施，提高了變壓器運(yùn)行可靠性。得到的主要結(jié)論包括：

1）基于油中溶解氣體分析的變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障檢測(cè)方法具有很強(qiáng)的可行性；

2）鐵心多點(diǎn)接地故障的原因較多，通過(guò)過(guò)熱故障判定故障后可以通過(guò)吊罩檢查和處理排除潛在隱患。