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        一起110 kV變電站主變壓器絕緣故障分析

        2024-01-08 00:52:40郭良峰郭祥雄
        關(guān)鍵詞:絕緣油測試數(shù)據(jù)引線

        李 培,李 頡,郭良峰,艾 葉,郭祥雄

        (1.國家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司,山東 濟(jì)南 250002;2.國網(wǎng)滄州供電公司,河北 滄州 061099;3.國網(wǎng)武漢供電公司,湖北 武漢 430010)

        0 引言

        電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一,在電力生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。理想狀態(tài)的電力變壓器是一個(gè)全密封的整體,外界的水分無法進(jìn)入變壓器內(nèi)部。變壓器一旦進(jìn)水受潮,極易造成變壓器事故的發(fā)生。外界水分進(jìn)入變壓器內(nèi)部,需要滿足三個(gè)基本要素,即變壓器內(nèi)、外部存在壓力差;變壓器存在進(jìn)水通道;出現(xiàn)下雨或空氣濕度較大等情況[1]。

        本文對(duì)某110 kV變電站1號(hào)主變壓器絕緣故障進(jìn)行分析,通過解體檢查確定事故原因,以提高變壓器故障的預(yù)防和處理能力。

        1 變壓器常見故障類型

        變壓器故障根據(jù)發(fā)生位置的不同,分為外部故障和內(nèi)部故障[2-3]。外部故障主要包括油箱故障和冷卻裝置及其他附件故障。冷卻裝置故障主要包括輸油泵故障、風(fēng)扇故障等,其他附件故障主要包括絕緣套筒故障、油位計(jì)故障和溫度計(jì)故障等。內(nèi)部故障主要包括繞組故障、鐵芯故障等。

        變壓器故障根據(jù)性質(zhì)不同可分為放電故障、受潮故障和過熱故障。相關(guān)研究表明,過熱故障發(fā)生概率較大,有時(shí)油道堵塞會(huì)導(dǎo)致散熱不良,從而發(fā)生過熱故障。在放電故障中,火花放電故障發(fā)生的概率較大,其主要是引線接觸不良以及鐵芯接地不良所引發(fā)的放電現(xiàn)象。而受潮故障則大概率是油中水分含量過大或摻雜大量濕雜質(zhì)導(dǎo)致的局部放電故障。

        2 故障情況及原因分析

        2018 年5 月20 日至21 日,天氣情況為連續(xù)性降雨,降雨量約為37 mm,21 日白天天氣陰,有中雨,東北風(fēng)3?4 級(jí),氣溫為19 ℃。5 月21 日16 時(shí)12 分,變電站1 號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,發(fā)出差動(dòng)保護(hù)、輕瓦斯保護(hù)信號(hào),主變壓器三側(cè)開關(guān)正確動(dòng)作跳閘,主變壓器停運(yùn)。

        根據(jù)主變壓器保護(hù)的動(dòng)作情況,試驗(yàn)人員初步判斷主變壓器內(nèi)部發(fā)生了放電性故障。試驗(yàn)人員進(jìn)行了多項(xiàng)電氣試驗(yàn),同時(shí)查閱2017 年6 月24 日的試驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析,確定變壓器的故障程度,為進(jìn)一步確定檢修策略提供依據(jù)。

        3 試驗(yàn)檢測及數(shù)據(jù)分析

        為了判定變壓器內(nèi)部故障的原因,試驗(yàn)人員進(jìn)行了一系列試驗(yàn),包括頻響法繞組變形試驗(yàn)、繞組連同套管的絕緣電阻試驗(yàn)、直流電阻試驗(yàn)、變壓器本體的介質(zhì)損耗試驗(yàn)、套管的介質(zhì)損耗試驗(yàn)、絕緣油的色譜分析、絕緣油的簡化試驗(yàn)[4]。

        3.1 繞組變形試驗(yàn)

        分別對(duì)變壓器的高壓繞組、中壓繞組和低壓繞組進(jìn)行繞組變型測試。中壓繞組、低壓繞組在各頻段相關(guān)系數(shù)均較高。而在測得的高壓側(cè)繞組頻響曲線中,A 相繞組與B 相繞組、C 相繞組在低頻段和中頻段的相關(guān)系數(shù)偏小,這意味著A 相繞組存在故障的可能性較大。從中壓側(cè)和低壓側(cè)繞組的頻響曲線分析,變壓器中、低壓側(cè)繞組基本正常。

        3.2 絕緣電阻試驗(yàn)和介質(zhì)損耗試驗(yàn)

        對(duì)變壓器進(jìn)行絕緣電阻測試和介質(zhì)損耗測試,故障前后測試數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

        表1 故障前后變壓器絕緣電阻測試數(shù)據(jù)

        表2 故障前后變壓器介質(zhì)損耗測試數(shù)據(jù)

        從絕緣電阻試驗(yàn)和介質(zhì)損耗試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看出,故障后的變壓器整體絕緣狀態(tài)良好,但是高壓繞組對(duì)中壓繞組、低壓繞組及外殼的介質(zhì)損耗顯著增大,說明高壓繞組有可能存在絕緣缺陷。由于變壓器體積龐大、內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜、測試回路中并聯(lián)支路多,絕緣電阻試驗(yàn)和介質(zhì)損耗試驗(yàn)不能有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的局部缺陷,因此還需要做進(jìn)一步的檢查。

        3.3 直流電阻試驗(yàn)

        對(duì)變壓器的高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組分別進(jìn)行直流電阻測試,故障前后測試數(shù)據(jù)如表3、表4、表5 所示。故障發(fā)生后,三相繞組直流電阻不平衡系數(shù)無法計(jì)算,因此在表3中不再列出。

        表3 故障前后變壓器高壓側(cè)直流電阻測試數(shù)據(jù)

        表5 故障前后變壓器低壓側(cè)直流電阻測試數(shù)據(jù)

        根據(jù)直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷主變壓器高壓側(cè)A相繞組存在斷線故障,可能由匝間短路繞組斷裂或套管引線與繞組焊接部位斷線導(dǎo)致。

        3.4 絕緣油試驗(yàn)

        對(duì)變壓器絕緣油進(jìn)行色譜試驗(yàn),故障前后測試數(shù)據(jù)如表6 所示。對(duì)變壓器絕緣油進(jìn)行了一系列簡化試驗(yàn)[5],故障前后測試數(shù)據(jù)如表7所示。

        表6 故障前后變壓器絕緣油測試數(shù)據(jù) 單位:μL/L

        表7 故障前后變壓器絕緣油簡化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        從絕緣油的簡化試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,絕緣油本身整體性能較好,微水含量增長值為2 mg/L,符合運(yùn)行中絕緣油微水含量不大于35 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)。但是,絕緣油中溶解氣體的色譜數(shù)據(jù)顯示,絕緣油中的氫氣、甲烷、乙烷、乙炔等主要指標(biāo)都發(fā)生了明顯增長,其中乙炔含量高達(dá)95.1 μL/L,說明存在放電性故障,三比值特征代碼為102,根據(jù)編碼規(guī)則判斷該現(xiàn)象屬于高能量放電[6],在繞組、線餅、線匝之間或繞組對(duì)地之間可能存在電弧放電擊穿故障,考慮局部受潮導(dǎo)致的絕緣缺陷。

        4 吊罩檢查及原因分析

        5 月26 日上午,對(duì)1 號(hào)主變壓器進(jìn)行吊罩檢查,A 相上壓板處有大片碳黑痕跡,如圖1 所示。A 相引線與靜電屏和相鄰匝間繞組有明顯放電痕跡,在A相繞組端部發(fā)現(xiàn)燒黑和燒斷的白布帶,用手觸摸可以明顯感覺到A 相引出線在故障點(diǎn)處基本處于完全斷開狀態(tài),如圖2所示。

        圖1 變壓器A相壓板

        圖2 變壓器A相引線

        對(duì)A相套管進(jìn)行氣壓密封試驗(yàn),沒有發(fā)現(xiàn)套管存在明顯滲漏跡象。對(duì)A相套管進(jìn)行持續(xù)40 min的噴淋試驗(yàn),檢查發(fā)現(xiàn)膠圈頂部與將軍帽之間有水痕。對(duì)變壓器內(nèi)110 kV的A相引線油浸絕緣紙進(jìn)行含水量測試,結(jié)果顯示A 相引線油浸絕緣紙存在明顯的受潮現(xiàn)象。

        通過對(duì)試驗(yàn)報(bào)告、現(xiàn)場故障點(diǎn)查找、吊罩檢查等情況的綜合分析,本次變壓器故障主要是由于變壓器內(nèi)部進(jìn)水,變壓器繞組匝間或?qū)娱g絕緣強(qiáng)度下降,經(jīng)過線路多次重合閘的沖擊,在絕緣強(qiáng)度降低到一定程度后發(fā)生了擊穿損壞。

        2018 年5 月26 日上午,檢修人員對(duì)1 號(hào)主變壓器進(jìn)行了吊罩檢查,確定故障點(diǎn)在A 相套管引線與繞組的連接處,A 相壓餅處有明顯水跡,絕緣白布帶已部分碳化,引線周圍起支撐作用的木質(zhì)絕緣上可見上下貫穿的放電痕跡。從故障點(diǎn)的情況判斷,故障原因是變壓器A 相套管頂部螺絲密封不嚴(yán),經(jīng)過連續(xù)降雨后,雨水從套管頂部的縫隙滲入并沿引線向下擴(kuò)散,導(dǎo)致引線絕緣受潮,發(fā)生放電現(xiàn)象。6 月2日,將變壓器返廠解體后發(fā)現(xiàn)高壓繞組引出線根部第1、2餅間及匝間發(fā)生短路,確認(rèn)故障原因。

        5 故障預(yù)防措施

        根據(jù)110 kV 變電站1 號(hào)主變壓器的故障發(fā)生原因,積極采取應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)同類、同電壓等級(jí)的變壓器,使用密封膠對(duì)套管的相關(guān)部位進(jìn)行密封處理?,F(xiàn)場進(jìn)行變壓器安裝時(shí),必須嚴(yán)格按照廠家說明書和規(guī)范要求進(jìn)行施工,嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患必須采取相應(yīng)的措施加以消除。加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)人員的變壓器巡視檢查和維護(hù)管理工作,以保證變壓器處于良好的運(yùn)行狀況。加強(qiáng)主變壓器絕緣油化驗(yàn)的監(jiān)督管理,重點(diǎn)跟蹤絕緣油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化。

        6 結(jié)語

        電力變壓器作為大型電氣設(shè)備,體積大、部件多,試驗(yàn)人員要持續(xù)開展精細(xì)化管理及維護(hù)工作,保證變壓器維持在正常工作狀態(tài),降低缺陷率。運(yùn)行維護(hù)時(shí),工作人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真執(zhí)行檢修工藝規(guī)范,及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并消除,積極采取預(yù)防措施,最大程度保證主變壓器的安全運(yùn)行。

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