陳巳陽(yáng)，王來(lái)源，周秀

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0 引 言

油中溶解氣體分析是電力充油設(shè)備內(nèi)部故障診斷的重要手段。傳統(tǒng)的油中溶解氣體故障分析主要是通過(guò)特征氣體閾值、產(chǎn)氣速率來(lái)判斷故障及嚴(yán)重程度。通過(guò)特征氣體法、三比值來(lái)確定故障類(lèi)型[1]，缺少主設(shè)備運(yùn)行工況變化趨勢(shì)的相關(guān)性分析。根據(jù)某±800 kV換流變壓器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)換流變)油中溶解氣體總烴數(shù)據(jù)變化情況，結(jié)合該換流變同時(shí)期運(yùn)行工況，開(kāi)展油中溶解氣體數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與運(yùn)行工況變化趨勢(shì)正相關(guān)性多維度分析，縮小內(nèi)部故障范圍，確定該換流變內(nèi)部故障。

1 油中溶解氣體數(shù)據(jù)分析

某±800 kV換流站內(nèi)共有24臺(tái)在運(yùn)換流變壓器，2016年投入運(yùn)行，設(shè)備型號(hào)為ZZDFPZ-412300/765-400，額定容量為412.3 MVA，額定電壓為441.7/101.0 kV。2019年6月，極Ⅱ低端Y/Y-A相換流變總烴開(kāi)始出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，超過(guò)注意值150 μL/L后持續(xù)增長(zhǎng)。針對(duì)該現(xiàn)象，對(duì)該換流變油中溶解氣體含量進(jìn)行跟蹤分析。

表1為極Ⅱ低端Y/Y-A相換流變近兩年油中溶解氣體離線分析數(shù)值。根據(jù)表1繪制發(fā)展趨勢(shì)，如圖1所示。從圖1中可以看出，自2019年1月，該換流變總烴、甲烷、乙烯濃度開(kāi)始逐步增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)速率較快。

對(duì)極Ⅱ低端Y/Y-A相換流變總烴含量以2019年5月13日和2020年8月23日數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)產(chǎn)氣速率與絕對(duì)產(chǎn)氣速率計(jì)算：

相對(duì)產(chǎn)氣速率：Γr(%)=17%

絕對(duì)產(chǎn)氣速率：Γa=87.26(mL/d)

該換流變的總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率超過(guò)10%，絕對(duì)產(chǎn)氣速率超過(guò)12 mL/d，換流變內(nèi)部存在產(chǎn)生氣體較快的故障[2]。

以2020年8月23日離線數(shù)據(jù)進(jìn)行三比值法計(jì)算確定故障類(lèi)型。

C2H2/C2H4=0.006

CH4/H2=8.35

C2H4/C2H6=6.13

對(duì)應(yīng)的三比值編碼為022，該換流變故障類(lèi)型為高于700 ℃的高溫過(guò)熱缺陷[3]。出現(xiàn)這種故障的主要原因?yàn)橛偷蓝氯鸞4]、分接開(kāi)關(guān)導(dǎo)電回路接觸不良、多股導(dǎo)線間短路、懸浮電位接觸不良、油泵滾動(dòng)磨損、漏磁回路渦流、鐵心短路、鐵心多點(diǎn)接地。

以2020年8月23日離線數(shù)據(jù)進(jìn)行CO2/CO比值計(jì)算，CO2/CO=2.6<3，初步判斷該換流變內(nèi)部過(guò)熱故障涉及固體絕緣。

2 油中溶解氣體數(shù)據(jù)變化與運(yùn)行工況變化分析

2.1 分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)分析

將2019年1月至2020年8月極Ⅱ低端YY-A相換流變分接開(kāi)關(guān)[5]動(dòng)作次數(shù)與甲烷、乙烯、總烴含量進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)圖2可以看出分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)變化趨勢(shì)與特征氣體變化相關(guān)性不大。

圖2 特征氣體與分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)趨勢(shì)

根據(jù)極Ⅱ低端Y/Y-A相換流變油中溶解氣體數(shù)據(jù)增長(zhǎng)趨勢(shì)與換流變分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)相關(guān)性分析，可排除分接開(kāi)關(guān)導(dǎo)電回路接觸不良引起內(nèi)部過(guò)熱。

2021年該換流變返廠解體，有載分接開(kāi)關(guān)檢查結(jié)果如圖3、圖4所示，有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭連接線未松動(dòng)、分接開(kāi)關(guān)鉗位電阻與開(kāi)關(guān)相連的分接引線緊固無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。

圖3 分接開(kāi)關(guān)觸頭局部

圖4 分接開(kāi)關(guān)鉗位電阻與開(kāi)關(guān)連接處局部

2.2 鐵心、夾件電流相關(guān)性分析

當(dāng)變壓器內(nèi)部鐵心或夾件多點(diǎn)接地時(shí)，油中溶解氣體分析結(jié)果中CO2和CO含量持續(xù)保持在正常范圍內(nèi)，但烴類(lèi)成分含量處于較高水平[6]。根據(jù)2019年至今的鐵心、夾件電流與甲烷、乙烯、總烴體積濃度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)鐵心接地電流在0.04～0.6 A之間浮動(dòng)，夾件電流在1.5～2.3 A之間浮動(dòng)變化，根據(jù)圖5、圖6，鐵心、夾件接地電流變化趨勢(shì)與換流變特征氣體濃度變化無(wú)明顯相關(guān)性，同時(shí)油中溶解氣體數(shù)據(jù)顯示該換流變自投運(yùn)后CO2和CO含量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)?？膳袛嘣摀Q流變內(nèi)部過(guò)熱故障不是由鐵心或夾件多點(diǎn)接地引起。

圖5 甲烷、乙烯、總烴與鐵芯接地電流發(fā)展趨勢(shì)

圖6 甲烷、乙烯、總烴與夾件接地電流發(fā)展趨勢(shì)

2.3 負(fù)荷、溫度變化相關(guān)性分析

將2019年1月至2020年8月負(fù)荷、油溫變化與甲烷、乙烯、總烴進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)圖7判斷油溫變化趨勢(shì)和油中溶解氣體數(shù)據(jù)變化無(wú)明顯相關(guān)性，可判斷出換流變內(nèi)不存在因油路堵塞引起過(guò)熱故障。該換流變?cè)谶\(yùn)行過(guò)程中潛油泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且按照設(shè)備維護(hù)要求按周期切換冷卻器運(yùn)行方式，分析切換前后的油中溶解氣體數(shù)據(jù)，與冷卻器切換沒(méi)有明顯相關(guān)性。從2020年1月9日之后的數(shù)據(jù)曲線判斷，潛油泵不存在引起油中溶解氣體數(shù)據(jù)增高的油泵磨損[7]情況。

圖7 甲烷、乙烯、總烴與油溫發(fā)展趨勢(shì)

從圖8可知油中溶解氣體數(shù)據(jù)增長(zhǎng)趨勢(shì)與負(fù)荷總體增長(zhǎng)趨勢(shì)有正相關(guān)性，負(fù)荷不發(fā)生增長(zhǎng)時(shí)油中溶解氣體數(shù)據(jù)相對(duì)平穩(wěn)；負(fù)荷電流增大過(guò)程中，存在引起換流變內(nèi)部過(guò)熱故障的因素。結(jié)合上述分析，可確定該換流變過(guò)熱故障原因?yàn)橐韵?種原因當(dāng)中的一種或組合：多股導(dǎo)線間短路，懸浮電位接觸不良，漏磁回路渦流。結(jié)合該換流變絕緣電阻，線圈直流電阻，局放帶電檢測(cè)[8]、頻譜分析和鐵心接地電流未檢測(cè)到異常，換流變內(nèi)部絕緣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，內(nèi)部不存在放電性缺陷。漏磁回路渦流所引起的油中溶解氣體數(shù)據(jù)異常在1.1倍額定電流時(shí)會(huì)增大[9]，結(jié)合油中溶解氣體數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與負(fù)荷電流變化趨勢(shì)的正相關(guān)性綜合判斷，該換流變內(nèi)部存在漏磁通在金屬附件上產(chǎn)生渦流引起的高溫過(guò)熱，導(dǎo)致油中溶解氣體數(shù)據(jù)異常。

圖8 甲烷、乙烯、總烴與負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)

該換流變返廠進(jìn)行解體，檢查線圈內(nèi)外部未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，如圖9所示。進(jìn)一步拆除線圈后發(fā)現(xiàn)鐵心柱旁鐵軛上撐板壓塊角部有過(guò)熱痕跡，如圖10所示，同時(shí)該撐板連接面有過(guò)熱痕跡，撐板對(duì)側(cè)一根拉板的螺桿有過(guò)熱痕跡，螺紋局部灼損，與之對(duì)應(yīng)撐板內(nèi)孔也有灼傷痕跡。綜合判斷鐵心上存在兩處故障點(diǎn)：一處為主柱間上、下軛窗外拉帶；另一處為柱I旁軛上撐板。如圖11所示故障點(diǎn)現(xiàn)象均屬高溫過(guò)熱，與運(yùn)行中甲烷、乙烯、乙炔等特征氣體增長(zhǎng)數(shù)據(jù)相吻合。

圖9 換流變線圈內(nèi)外表面

圖10 鐵軛上撐板壓塊角部有過(guò)熱痕跡

圖11 鐵心拉帶、撐板過(guò)熱

經(jīng)過(guò)解體檢查確定鐵心外繞組在負(fù)荷增大過(guò)程中，漏磁通變化使得鐵心柱旁鐵軛上撐板壓塊及連接面產(chǎn)生渦流，引起鐵心柱旁鐵軛上撐板壓塊及連接面過(guò)熱是導(dǎo)致油中溶解氣體數(shù)據(jù)異常的直接原因。

針對(duì)該換流變出現(xiàn)的問(wèn)題,將位于強(qiáng)磁場(chǎng)中的兩主柱間窗外拉帶連接的導(dǎo)通結(jié)構(gòu)改為絕緣材料，可杜絕漏磁通在金屬表面形成渦流；同時(shí)可在墊塊上進(jìn)行開(kāi)槽處理，增加散熱效率，改善拉帶散熱條件，避免因散熱不良導(dǎo)致熱量聚集形成高溫點(diǎn)。

3 結(jié) 論

針對(duì)換流變油中溶解氣體數(shù)據(jù)異常情況，經(jīng)三比值分析判斷為高于700 ℃的高溫過(guò)熱缺陷，結(jié)合引起設(shè)備高溫過(guò)熱的八種異常情況，提出與設(shè)備運(yùn)行工況綜合分析的方法。通過(guò)分析油中溶解氣體數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)與設(shè)備同期運(yùn)行工況的相關(guān)性，縮小過(guò)熱故障范圍，最終確定高溫過(guò)熱缺陷具體原因。通過(guò)后續(xù)設(shè)備解體檢查結(jié)果對(duì)照，證明該分析方法對(duì)于高溫引起的油中溶解氣體數(shù)據(jù)異常分析有效。