周玉龍

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司檢修試驗(yàn)分公司，廣東 廣州 510006）

0 引言

抽水蓄能主變壓器承擔(dān)著抽水蓄能電站電壓轉(zhuǎn)換和電能傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，是抽水蓄能電站最核心的設(shè)備之一。其安全可靠運(yùn)行直接關(guān)乎能否及時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，與國(guó)民生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。目前，大型油浸式抽水蓄能變壓器絕緣以油紙絕緣為主，一旦變壓器內(nèi)部出現(xiàn)運(yùn)行異常或故障時(shí)，溫度上升將導(dǎo)致油紙分解產(chǎn)生烴類(lèi)氣體，不同的碳?xì)浠衔镆蚱浣Y(jié)構(gòu)不同，裂化分解的溫度也不同，隨著故障溫度的不同將產(chǎn)生烷烴、烯烴及炔烴。變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生的電弧、熱都將引起碳?xì)浠衔锓纸猱a(chǎn)生不同的烴類(lèi)氣體[1]。

研究表明，當(dāng)變壓器絕緣油達(dá)到1000℃以上時(shí)，變壓器油將分解產(chǎn)生乙炔。一旦變壓器內(nèi)部出現(xiàn)乙炔氣體必須引起重視，應(yīng)及時(shí)分析處理[2]。該抽水蓄能電站2號(hào)主變壓器于2017年12月投入運(yùn)行，投運(yùn)后色譜數(shù)據(jù)正常。2018年3月首次測(cè)量乙炔含量3.110 μL/L，一年多來(lái)，乙炔含量最高升至9.126 μL/L，后續(xù)逐漸回落至注意值（5 μL/L）[3]以后趨于穩(wěn)定。本文結(jié)合2號(hào)主變壓器運(yùn)行狀況及相關(guān)排查分析，結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)策略研究。

1 絕緣油數(shù)據(jù)分析

1.1 故障類(lèi)型分析

該抽水蓄能2號(hào)變壓器自2018年3月至今乙炔由3.110 μL/L最高增長(zhǎng)至9.126 μL/L（2018年5月），而后逐漸下降回落至注意值（注意值為5 μL/L）并趨于平穩(wěn)。其主變油色譜數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。

根據(jù)DL/T 722-2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)則）[4]氣體增長(zhǎng)率計(jì)算方法，對(duì)3月29日至5月21日期間乙炔組分的絕對(duì)產(chǎn)氣速率及相對(duì)產(chǎn)氣速率分別進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2所示。

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，乙炔氣體的相對(duì)產(chǎn)氣速率、總烴的絕對(duì)產(chǎn)氣速率均超過(guò)導(dǎo)則規(guī)定的注意值。且乙炔含量最高達(dá)9.126 μL/L，超過(guò)規(guī)程要求注意值5 μL/L。因此可以推斷變壓器內(nèi)部存在異常。為進(jìn)一步明確故障類(lèi)型，運(yùn)用特征氣體法和三比值法分別對(duì)2018年3月至5月2號(hào)主變壓器油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由表1可以看出，增長(zhǎng)較快的氣體組分為氫氣、乙炔，總烴含量不高。根據(jù)導(dǎo)則特征氣體法初步判斷故障類(lèi)型為油中火花放電，特征氣體判斷法詳見(jiàn)表3。三比值法分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表1 2號(hào)主變油色譜數(shù)據(jù)

表2 產(chǎn)氣速率分析

表3 不同故障類(lèi)型產(chǎn)生的氣體

表4 2號(hào)主變油三比值法分析結(jié)果

由表4可以看出，三比值編碼為2,1,1或2,1,2，判斷故障類(lèi)型為低能放電，可能的故障類(lèi)型有：引線對(duì)電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電；分接抽頭引線和油隙閃絡(luò)；不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電。

綜合上述分析，可以基本確定2號(hào)主變壓器內(nèi)部存在故障，故障類(lèi)型為間歇性低能量火花放電。

1.2 乙炔含量下降并趨于穩(wěn)定原因分析

對(duì)于密封式變壓器，當(dāng)內(nèi)部存在潛伏性故障時(shí)，產(chǎn)氣速率較慢，則各組分氣體以分子形態(tài)溶解于油中，當(dāng)油中溶解氣體達(dá)到飽和后，隨著溫度或者壓力變化，會(huì)釋放出游離氣體，進(jìn)入集氣盒內(nèi)。如果變壓器內(nèi)部是嚴(yán)重故障，產(chǎn)氣速率較快，則會(huì)觸動(dòng)瓦斯保護(hù)，通過(guò)壓力釋放閥釋放氣體。

2號(hào)主變壓器為密閉式變壓器，由色譜數(shù)據(jù)可以看出油中溶解氣體遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到飽和，且集氣盒內(nèi)部無(wú)聚集氣體，壓力釋放閥未動(dòng)作，故障產(chǎn)生的氣體還留存在本體內(nèi)。通過(guò)表1可以看到2號(hào)主變油中乙炔氣體自2018年5月21日達(dá)到峰值后，持續(xù)下降，目前穩(wěn)定在注意值5 μL/L以下。其原因是放電部位得到改善，間歇性放電頻率降低，產(chǎn)氣速率減緩或不產(chǎn)氣，變壓器內(nèi)部固體絕緣材料吸附作用導(dǎo)致油中乙炔濃度下降。變壓器帶負(fù)荷時(shí)，繞組發(fā)熱，油溫上升，固體絕緣材料吸附的乙炔氣體重新釋放到油中，隨著溫度變化，油紙間乙炔氣體交替吸附、擴(kuò)散，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

2 故障位置排查及分析

油浸式變壓器絕緣油中產(chǎn)生乙炔通常由于變壓器內(nèi)部產(chǎn)生過(guò)熱、放電等原因造成，其來(lái)源可分為變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生放電引起絕緣油產(chǎn)生、冷卻系統(tǒng)內(nèi)部放電產(chǎn)生而帶入變壓器絕緣油、油中氣泡（或雜質(zhì)顆粒）引起放電產(chǎn)生乙炔。此外，變壓器油裂解、有載分接開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)滅弧等也會(huì)產(chǎn)生乙炔。由于該變壓器剛投運(yùn)不久且為無(wú)載分接開(kāi)關(guān)，故因油裂解及開(kāi)關(guān)切換產(chǎn)生乙炔的可能性較小。為進(jìn)一步確認(rèn)乙炔來(lái)源及故障具體原因，對(duì)變壓器進(jìn)行了冷卻系統(tǒng)排查、局部放電測(cè)量、主變?cè)肼暭罢駝?dòng)測(cè)量等一系列排查。

2.1 主變冷卻系統(tǒng)排查

2號(hào)主變壓器冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，共4臺(tái)冷卻器油泵，4臺(tái)冷卻器。為排查冷卻器油泵放電引起油中出現(xiàn)乙炔，進(jìn)行了以下排查工作：

（1）檢查油泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)聲音有無(wú)異常，接線盒接觸是否良好，是否存在滲漏油等異常情況。

（2）分別測(cè)量2號(hào)主變壓器4臺(tái)冷卻器油泵電機(jī)直流電阻、對(duì)地絕緣電阻以判斷電機(jī)是否存在放電故障，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

（3）檢查冷卻器運(yùn)行過(guò)程中，其內(nèi)部是否存在異響。

（4）將2號(hào)主變壓器1～4號(hào)冷卻器油泵依次備用，另外三臺(tái)冷卻器運(yùn)行，主變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行，跟蹤變壓器在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)乙炔含量變化情況。

表5 2號(hào)主變冷卻器油泵電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)以上排查：油泵電機(jī)及冷卻器運(yùn)行過(guò)程中無(wú)異響聲音，運(yùn)行狀態(tài)正常，接線盒連接正常。同時(shí)冷卻器油泵電機(jī)直流電阻及絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)正常。將1～4號(hào)冷卻器依次備用，另外三臺(tái)冷卻器運(yùn)行，主變帶負(fù)荷運(yùn)行，跟蹤變壓器在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)乙炔含量變化情況未見(jiàn)明顯變化。因此可以基本排除因油泵故障將乙炔氣體帶入主變本體內(nèi)的可能性。

2.2 主變局部放電測(cè)量

主變局部放電測(cè)量采用超聲波局放儀XD52與OMICRON局放測(cè)試系統(tǒng)MPD600對(duì)2號(hào)主變壓器運(yùn)行電壓下局部放電進(jìn)行測(cè)量，利用高頻CT傳感器在主變壓器鐵心夾件上檢測(cè)局放信號(hào)，觀察波形并記錄其幅值。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可以看出：2號(hào)主變?cè)谶\(yùn)行電壓下，局部放電測(cè)試未發(fā)現(xiàn)明顯局放的信號(hào)，結(jié)果無(wú)異常。

表6 2號(hào)主變局部放電測(cè)量結(jié)果

2.3 主變?cè)肼暭罢駝?dòng)測(cè)量

主變?cè)肼暭罢駝?dòng)測(cè)量采用美國(guó)艾默生過(guò)程控制有限公司機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CSI2600進(jìn)行，傳感器型號(hào)見(jiàn)表7。

表7 傳感器型號(hào)

測(cè)量結(jié)果顯示：①空載工況下，振動(dòng)最大點(diǎn)位于變壓器高壓側(cè)B相升高座下部，測(cè)量值為2.031 mm/s。其他測(cè)點(diǎn)為0～2 mm/s。②抽水工況下，振動(dòng)最大點(diǎn)位于變壓器低壓側(cè)C相與中性點(diǎn)套管之間上部，測(cè)量值為16.3 mm/s。另外還有5個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)有效值超過(guò)10 mm/s，分別為D6、D14、D18、D27和B2，其中前4個(gè)測(cè)點(diǎn)均位于低壓側(cè)，B2點(diǎn)位于B相高壓側(cè)升高座底部。結(jié)合絕緣油色譜數(shù)據(jù)分析，故障可能的位置位于變壓器低壓側(cè)C相與中性點(diǎn)套管間的變壓器地電位結(jié)構(gòu)件。

圖1 主變低壓側(cè)傳感器布點(diǎn)（右側(cè)為中性點(diǎn)套管）

根據(jù)上述分析及相關(guān)排查，目前可以排除冷卻系統(tǒng)內(nèi)部放電產(chǎn)生乙炔而帶入變壓器絕緣油的情況。綜上2號(hào)主變壓器出現(xiàn)乙炔的原因?yàn)椋?/p>

（1）變壓器內(nèi)部存在因地電位結(jié)構(gòu)件緊固不良而帶來(lái)的間歇性低能放電，位置可能位于低壓側(cè)C相與中性點(diǎn)套管間的變壓器地電位結(jié)構(gòu)件（比如磁屏蔽等）；

（2）變壓器絕緣油中存在氣泡（或雜質(zhì)顆粒）引起變壓器內(nèi)部的間歇性低能放電。

3 2號(hào)主變壓器維護(hù)策略建議

目前，2號(hào)主變乙炔含量已下降至注意值以下并保持基本平穩(wěn)，通過(guò)上述對(duì)絕緣油數(shù)據(jù)分析可知：變壓器放電部位得到改善，間歇性放電頻率降低，產(chǎn)氣速率減緩或不產(chǎn)氣。固體絕緣材料的吸附作用使乙炔含量降低并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。可以得出變壓器故障點(diǎn)未有擴(kuò)散或進(jìn)一步擴(kuò)大趨勢(shì)。同時(shí)，根據(jù)2號(hào)主變定檢、預(yù)試及專(zhuān)項(xiàng)排查結(jié)果可知：定期檢查結(jié)果無(wú)異常、預(yù)試結(jié)果無(wú)異常、局放測(cè)量無(wú)異常，冷卻器系統(tǒng)排查未見(jiàn)異常。由此可以判定：冷卻器油泵放電導(dǎo)致產(chǎn)生乙炔的原因可以排除；按照目前的跟蹤方法，該變壓器絕緣油出現(xiàn)乙炔的故障暫不影響變壓器正常運(yùn)行。為確保2號(hào)主變安全穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)2號(hào)主變乙炔痕量原因分析，2號(hào)主變?cè)趫?zhí)行原有規(guī)程要求的定期工作外，維護(hù)策略建議如下：

（1）跟蹤2號(hào)主變含氣量及顆粒度情況，周期為1個(gè)月。由于目前規(guī)程對(duì)220 kV電壓等級(jí)含氣量沒(méi)有相關(guān)規(guī)定，建議對(duì)含氣量跟蹤12個(gè)月。若含氣量出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，應(yīng)考慮對(duì)變壓器油進(jìn)行濾油脫氣處理。

（2）調(diào)整2號(hào)主變油色譜跟蹤時(shí)間為1個(gè)月。控制乙炔值為：①乙炔累積總量≤9.0 μL/L；②正常運(yùn)行情況下乙炔日增長(zhǎng)量：以連續(xù)兩次測(cè)量值均較前次測(cè)量值平均日增量≤2.5 μL/L；當(dāng)變壓器油色譜分析乙炔達(dá)到上述控制值，應(yīng)考慮對(duì)變壓器非計(jì)劃停運(yùn)檢修。

4 結(jié)語(yǔ)

主變壓器作為抽水蓄能電站核心設(shè)備之一，應(yīng)密切關(guān)注其運(yùn)行狀態(tài)。本文結(jié)合某抽水蓄能電站2號(hào)主變壓器出現(xiàn)痕量乙炔的情況進(jìn)行分析，并結(jié)合一系列排查及主變壓器運(yùn)行狀態(tài)給出了變壓器維護(hù)策略建議。為以后出現(xiàn)類(lèi)似情況進(jìn)行故障查找提供了經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，本文從經(jīng)濟(jì)性的角度給出了保證主變壓器安全運(yùn)行的維護(hù)策略，為同類(lèi)問(wèn)題的解決提供了借鑒。