孟 翔, 王 志, 張翾喆, 劉江明, 艾云飛, 丁 凱, 李文燕

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司 變電檢修中心, 浙江 杭州 311200)

大型電力變壓器是電網(wǎng)傳輸?shù)臉屑~設(shè)備,而變壓器故障類型多種多樣。鐵心(夾件)故障在變壓器故障中占比處于第二位,達(dá)21.7%[1-3]。變壓器運(yùn)行時(shí),鐵心和夾件等構(gòu)件對(duì)地會(huì)產(chǎn)生懸浮電位,大到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)繞組或地放電。因此,變壓器的鐵心和夾件必須進(jìn)行有效接地[4-5]。但鐵心和夾件多點(diǎn)接地可能帶來一系列的危害,如鐵心和夾件局部過熱、燒壞;變壓器油分解,引發(fā)絕緣油性能下降;導(dǎo)致氣體繼電器動(dòng)作而使變壓器跳閘[6]。因此,開展變壓器鐵心和夾件多點(diǎn)接地故障的分析研究對(duì)于保證電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行具有重要意義。

1 異常概況

2019年6月24日,某變電站500 kV ODFS-334000/500型主變壓器(以下簡(jiǎn)稱“主變”,容量334 MW,出廠日期為2017年12月1日,投運(yùn)日期為2018年6月20日,采用無勵(lì)磁調(diào)壓方式)C相鐵心接地電流存在從2～25 mA不同程度的跳變,最大甚至達(dá)到安培級(jí)。

為阻止故障進(jìn)一步惡化,在系統(tǒng)暫時(shí)不允許停電檢查的情況下,2019年7月20日,采用在外引鐵心接地回路上串接電阻的臨時(shí)應(yīng)急措施來限制接地回路的環(huán)流[7]。當(dāng)主變A相和B相鐵心接地電流降至合格范圍0.1 A[8]以內(nèi)時(shí),C相鐵心接地電流降至接近零。

C相鐵心和夾件的接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 C相鐵心及夾件接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù) 單位:mA

對(duì)該主變進(jìn)行油色譜試驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)2019年7月30日出現(xiàn)微量乙炔(C2H2),歷次跟蹤檢測(cè)詳細(xì)檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 主變油色譜歷次跟蹤檢測(cè)數(shù)據(jù) 單位:μL/L

對(duì)該主變的鐵心和夾件接地電流進(jìn)行高頻局放檢測(cè)、超聲局放檢測(cè)及紅外檢測(cè),均未見異常。

2 異常分析

該主變的鐵心及夾件引出接線排至變壓器底部共有10個(gè)小支撐絕緣子,現(xiàn)場(chǎng)利用高精度鉗形電流表分別對(duì)鐵心及夾件引出接線排各支撐絕緣子進(jìn)行接地電流測(cè)試,未見異?，F(xiàn)象。這表明各支撐絕緣子的絕緣性能良好,與外殼無短接情況。從本體上方的鐵心及夾件引出小磁套附近接線排處直接檢測(cè)接地電流,所得檢測(cè)數(shù)據(jù)與接地引下線處檢測(cè)數(shù)據(jù)相比也無明顯變化。對(duì)該主變其他部位進(jìn)行檢查也未發(fā)現(xiàn)鐵心和夾件接地排與主變殼體有接觸現(xiàn)象,鐵心和夾件接地排之間無短接情況。初步懷疑該主變的鐵心接地電流不穩(wěn)定是由于主變內(nèi)部的鐵心接地存在虛接或接觸不良的情況。

2.1 模擬驗(yàn)證

正常情況下,該型主變的鐵心和夾件經(jīng)引出線進(jìn)行外部單點(diǎn)接地,從鐵心和夾件兩個(gè)引出端口進(jìn)行物理結(jié)構(gòu)分析并建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型。當(dāng)鐵心和夾件正常引出時(shí),內(nèi)部高壓繞組對(duì)鐵心和夾件存在集總參數(shù)電容C鐵心和C夾件,鐵心和夾件之間利用絕緣材料進(jìn)行絕緣隔離,存在集總參數(shù)電容C鐵心-夾件,鐵心和夾件外部接地等電位,故I鐵心-夾件為零。鐵心和夾件接地電氣原理如圖1所示。

圖1 鐵心和夾件接地電氣原理示意

對(duì)該主變?cè)?019年3月—7月的鐵心和夾件接地電流數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分析。詳細(xì)數(shù)據(jù)趨勢(shì)如圖2所示。

圖2 鐵心和夾件接地電流趨勢(shì)

由圖2可以看出,當(dāng)鐵心電流偏大時(shí),夾件電流也較大。鐵心接地電流平均值約為10 mA,夾件接地電流平均值約為119 mA。當(dāng)鐵心接地電流為零時(shí),可以認(rèn)為該電流不包含鐵心和夾件之間的循環(huán)電流,而此時(shí)夾件接地電流約為112 mA,結(jié)合夾件接地電流平均值,可得鐵心接地電流值為119-112=7 mA。這與實(shí)測(cè)鐵心接地電流平均值10 mA接近,并且7月份大部分測(cè)量數(shù)據(jù)均符合該規(guī)律。由此可知,當(dāng)鐵心電流較大時(shí),鐵心與夾件間存在循環(huán)電流。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

在現(xiàn)場(chǎng)模擬鐵心和夾件多點(diǎn)接地情況,分別設(shè)置以下3種狀態(tài)。

(1) 鐵心接地引下線一點(diǎn)與本體外殼短接,測(cè)得鐵心接地引下線短接點(diǎn)上方電流為11 mA(與未短接前所測(cè)接地電流值一致),而短接點(diǎn)下方所測(cè)電流為2 366 mA;

(2) 夾件接地引下線一點(diǎn)與本體外殼短接,夾件接地引下線短接點(diǎn)上方所測(cè)電流為115 mA(與未短接前所測(cè)接地電流值一致),短接點(diǎn)下方所測(cè)電流為2 565 mA;

(3) 鐵心和夾件接地引下線相互短接,短接點(diǎn)上方鐵心電流為10 mA,夾件電流為115 mA(與未短接前各自所測(cè)接地電流值一致);短接點(diǎn)下方鐵心電流為106.5 mA,夾件電流為216.4 mA,短接點(diǎn)以下鐵心和夾件電流相角差為180°。

綜合上述鐵心及夾件接地電流檢測(cè)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果,可基本判斷故障原因?yàn)?該主變鐵心與夾件之間絕緣材料的絕緣性能受損,有可能是在生產(chǎn)制造過程中因生產(chǎn)工藝不良或運(yùn)輸過程中操作不當(dāng)所造成的,在運(yùn)行一段時(shí)間后絕緣材料的性能急劇下降或鐵心引出線安裝過程中安裝不牢固,導(dǎo)致了該主變C相鐵心引出線存在虛接或多點(diǎn)接地的情況。

3 停電檢查及解體檢查情況

主變停電后,對(duì)鐵心和夾件進(jìn)行絕緣試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)鐵心和夾件的絕緣電阻無異常。排油后,對(duì)主變內(nèi)部鐵心和夾件引出系統(tǒng)及各油道連接片壓接情況進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)其引出系統(tǒng)存在多點(diǎn)接地或接地不良、松動(dòng)、接觸不良等異常情況。

對(duì)主變鐵心和夾件附近系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步檢查,夾件磁屏蔽安裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 夾件磁屏蔽安裝結(jié)構(gòu)示意

檢查后發(fā)現(xiàn),主變主柱低壓側(cè)上部夾件磁屏蔽端部存在不同程度的絕緣破損及碳化痕跡,且尖角處存在輕微碳化痕跡,如圖4所示。

圖4 夾件磁屏蔽破損

判斷主變鐵心接地電流不穩(wěn)定的原因?yàn)?當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí),磁屏蔽中有漏磁通過,自身會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)導(dǎo)致磁屏蔽的硅鋼片與鐵心之間的間隙縮小,產(chǎn)生斷續(xù)連接的現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)磁屏蔽包扎所采用的2層(2×0.075 mm)丹尼森紙較薄,引起了端部位置的絕緣破損。因磁屏蔽已有一點(diǎn)與夾件連接,故導(dǎo)致了鐵心與夾件間發(fā)生兩點(diǎn)接地,最終體現(xiàn)為鐵心接地與夾件間出現(xiàn)環(huán)流。

4 處理措施

對(duì)主變存在外絕緣破損的夾件磁屏蔽進(jìn)行更換,在各夾件磁屏蔽靠近鐵心部位的端部位置加包3層(3×0.2 mm)耐熱皺紋紙?jiān)鰪?qiáng)絕緣后復(fù)裝,在鐵軛與夾件磁屏蔽之間增加1層或2層2 mm絕緣紙板,增加兩者物理絕緣,以降低漏磁引起的變壓器雜散損耗來避免局部過熱。絕緣紙板放置位置如圖5所示,絕緣處理效果如圖6所示。

圖5 2 mm絕緣紙板放置位置示意

圖6 絕緣處理效果

處理后連續(xù)監(jiān)測(cè)一個(gè)月,并每天記錄該主變鐵心和夾件接地電流數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)未見異常且較穩(wěn)定,油色譜數(shù)據(jù)也未見異常。

5 結(jié) 語(yǔ)

本次故障僅體現(xiàn)在鐵心接地電流不穩(wěn)定及油色譜出現(xiàn)過微量C2H2。該情況在實(shí)際檢測(cè)巡視中較容易忽略。主變主柱低壓側(cè)上部夾件磁屏蔽端部已存在不同程度的絕緣破損及碳化痕跡,這說明主變內(nèi)部已經(jīng)積累了一定的放電能量,如果不加以控制極有可能導(dǎo)致放電量激增,進(jìn)而導(dǎo)致主變重瓦斯動(dòng)作,主變跳閘。

在后續(xù)的變壓器巡視及油色譜試驗(yàn)中,對(duì)主變鐵心和夾件接地電流進(jìn)行持續(xù)跟蹤,對(duì)油色譜數(shù)據(jù)尤其是C2H2含量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效把控,可較早、較準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)變壓器鐵心和夾件多點(diǎn)接地故障。