大型變電站主變故障的診斷

肖本鋒

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

大型變電站主變故障的診斷

肖本鋒

(江西銅業(yè)集團公司德興銅礦，江西德興 334224)

介紹了我廠220kV變電站主變的現(xiàn)狀，以及主變油樣化驗結(jié)果;提出了如何用三比值法分析油樣來知道主變潛伏故障;并淺析了如何解決現(xiàn)有的故障;從而實現(xiàn)主變的安全、可靠、穩(wěn)定運行。

2#主變;故障;診斷;三比值法;可靠;穩(wěn)定

1 前言

我廠大山220kV變電站是山上電力系統(tǒng)的主要變電站，主要為大山選礦廠、采礦場采環(huán)線、精尾廠回水供電，負荷性質(zhì)重要，供電量大。為節(jié)約變壓器容量費，封停了大山變電站1#主變，由2#主變(容量90000kVA)單臺運行為生產(chǎn)供電。近年來，隨著大山廠13萬t擴容。大山變電站供電的穩(wěn)定性顯得尤其重要。必須保障2#主變的安全穩(wěn)定運行。

2 我廠大型變電站主變現(xiàn)狀

2007年12月19日，大山220kV孌電站2#主變輕瓦斯保護動作發(fā)信，全站失壓，瓦斯繼電器跳開212開關(guān)，光字牌出現(xiàn)有“2#主變輕瓦斯動作”“6kV饋出線接地信號”故障，經(jīng)檢修人員對瓦斯繼電器放氣后繼續(xù)運行，21日輕瓦斯保護動作再次發(fā)信。同時變壓器油溫升高到120℃，嚴重影響變壓器正常運行，變壓器已多次被迫停止運行。小組成員把運行中變壓器油樣送檢做色譜分析。

色譜分析［1］的分離原理是使混合物的各組分在兩相間進行分配，其中一相是不動的，叫做固定相，另一相則是推動混合物流過此固定相的流體，叫做流動相，當(dāng)流動相中所含有的混合物經(jīng)過固定相時，就會與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的不同，相互作用的大小強弱也有差異。因此在同一推動力作用下，不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術(shù)，稱為色譜分析技術(shù)或色譜法。

大山變電站2#主變油(氣)檢測報告如下:

表1

2.1 變壓器內(nèi)部故障類型與油中氣體含量的關(guān)系

對變壓器內(nèi)部故障作早期診斷的最佳方法是油中氣體分析法(DGA)［2］。通過DGA結(jié)果確定故障性質(zhì)。定量測定變壓器故障的主要氣體是:氫氣，甲烷，乙烷，乙烯，乙炔，一氧化碳，二氧化碳。分析和解釋DGA數(shù)據(jù)，用作分析的特征氣體。在檢測出各氣體成分及含量后，用特征氣體法或比值法等方法判斷變壓器的內(nèi)部故障。我們知道對于大型電力變壓器，目前幾乎全部都是用絕緣油來進行絕緣和散熱，變壓器油與油中的固體有機絕緣材料，如絕緣紙等，在高電壓下隨運行時間的增加，會因放電和熱的作用，逐漸老化和分解，并且產(chǎn)生各種低分子烴類及CO2、CO氣體。而變壓器的內(nèi)部絕緣故障卻伴隨著局部過熱和局部放電現(xiàn)象，使油或紙分解產(chǎn)生CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO和CO2等氣體。當(dāng)故障不太嚴重時，產(chǎn)氣量較少，所產(chǎn)生氣體形成的氣泡會不斷地溶解在絕緣油中，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在潛伏性過熱或放電故障時，就會加快這些氣體產(chǎn)生的速率。當(dāng)產(chǎn)生速率大于溶解速率時，變壓器內(nèi)會有一部分氣體進入氣體繼電器。發(fā)熱和放電的程度不同，所產(chǎn)后和氣體種類、油中溶解氣體的多少及各種氣體的比例關(guān)系也不相同，因此油中溶解氣體的組分和含量在一定程度上能反映出變壓器絕緣老化或故障的程度，通過對油中溶解氣體進行氣相色譜分析，便可發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的發(fā)熱和放電性故障。

根據(jù)我廠目前油樣分析狀況，筆者認為對變壓器故障的性質(zhì)作出判斷可用三比值法［3］。三比值法是目前國內(nèi)外最廣泛使用的工具。三三比值法的原理是:根據(jù)充油電氣設(shè)備內(nèi)油在故障下裂解產(chǎn)生氣體組分的含量的相對濃度與溫度的互相依賴關(guān)系，從5種特征氣體中選用兩種溶解度和擴散系統(tǒng)數(shù)相近的氣體組分組成三對比值，以不同的編碼表示。組成三對比值來判斷變壓器故障性質(zhì)，它列出對于不同的比值范圍，三對比值以不同的編碼表示，并將這些編碼組合分析，是判斷充油電氣設(shè)備故障類型的主要方法，并可以得出對故障狀態(tài)較可靠的診斷。

見表下:列出以下對照表:

表2

同時列出2008年1至6月的油樣檢測報告如下:

表3

分析結(jié)果:根據(jù)主變本體油樣分析結(jié)果看，總烴、乙炔、氫含量超標(biāo)!三比值偏碼:001，

2 變壓器內(nèi)部故障類型與油中氣體含量的關(guān)系

電弧放電又稱高能放電，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電故障［4］時，油中溶解的故障特征氣體主要是C2H2、H2，其次是C2H4和CH4在變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電時，一般C2H2占總烴的20%～70%，H2占氫烴的30%～90%，絕大多數(shù)情況下C2H2高于CH4，在涉及固體絕緣時，瓦斯氣體和油中氣體的CO含量較高。當(dāng)油中氣體組分中C2H2含量占主要成分且超標(biāo)時，很可能是變壓器繞組斷路或分接開關(guān)切換產(chǎn)生弧光放電所致。在變壓器內(nèi)的固體絕緣材料中發(fā)生高能量電弧放電時，不僅產(chǎn)生的CO和CO2較多，而且因電弧放電的能量密度高，在電場力作用下會產(chǎn)生高速電子流，固體絕緣材料遭受這些電子轟擊后，將受到嚴重破壞，火花放電一般是低能量放電，即一種間隙性放電故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生火花放電時［5］，油中溶解的特征氣體以C2H2和H2為主，因故障能量小，一般總烴含量不高，但油中溶解的C2H2在總烴中所點比例可達25%～90%，C2H4含量約占總烴的20%以下，H2占氫烴總量的30%以上。當(dāng)CH4和H2的增長不能忽視時，如果接著又出現(xiàn)C2H2增高的情況，這時可能存在著由低能放電發(fā)展成高能放電的危險。

根據(jù)我廠2#主變的氣相色譜分析試驗報告，知道油中含烴類氣體較高，而這些氣體是由于變壓器內(nèi)部的熱和電的作用，導(dǎo)致絕緣油的分解而產(chǎn)生的。對變壓器油裂解產(chǎn)生的烴類氣體，按CH4－C2H6－C2H4－C2H2的順序推移，同時我們知道H2是由于變壓器內(nèi)局部放電的離子碰撞游離而產(chǎn)生的。所以得出結(jié)論，變壓器內(nèi)部有局部放電。

3 根據(jù)以上三比值判斷結(jié)果，廠部派技術(shù)人員對主變進行解體檢修

(1)首先放出主變本體內(nèi)的變壓器油，拆除2#主變油枕，打開主變本體中有載調(diào)壓側(cè)的側(cè)蓋板，技術(shù)員進入變壓器本體中尋找故障點。

(2)拆下主變6kV側(cè)套管，打開側(cè)蓋，進入本體，解開內(nèi)部聯(lián)絡(luò)(在內(nèi)部標(biāo)注連接點，防止安裝時混亂)在套管拆下處蓋上密封蓋板。在6kV樁頭發(fā)現(xiàn)故障點，由于下樁頭引線與連接片距離太近有局部摩擦，導(dǎo)致連接片內(nèi)部發(fā)熱，局部放電。從而分解絕緣油產(chǎn)生氫氣與烴類氣體，導(dǎo)致瓦斯動作。

發(fā)現(xiàn)了問題后，技術(shù)員用工具把連接片扭直一個角度，盡量與引線面距離拉大，減少接觸面從而杜絕發(fā)熱點。

(3)實施完后重新裝回罩體，密封本體，重新注油，按變壓器出廠試驗項目標(biāo)準對變壓器進行再次試驗，待靜置48h后，放出內(nèi)部氣體，進行沖擊試驗［6］，通過后將變壓器投入使用。使用后于2009年11月、12月再對油進行色譜分析。發(fā)現(xiàn)油樣合格。

表4 2#主變油樣檢測報告

3 結(jié)論

(1)變壓器的絕緣油中的氣體是由于變壓器內(nèi)部的熱和電的作用，導(dǎo)致絕緣油的分解而產(chǎn)生的氣體。氣體的種類與含量同變壓器的狀況有直接的聯(lián)系，利用氣相色譜分析變壓器油的氣體組分及其含量，能夠使技術(shù)人員充分掌握并監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)，能夠提前知道變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，即在變壓器運行中(不停電、不吊芯的情況下)，通過常規(guī)檢測及色譜分析［1］就可以把變壓器內(nèi)有無故障、有什么樣性質(zhì)的故障診斷出來，這對于變壓器的維護保養(yǎng)起到關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用，從而更好地保證電力系統(tǒng)的安全運行。

(2)在進行色譜分析的過程中，由于色譜分析試驗幾乎都是微量分析，因此，在試驗過程中要嚴格遵守試驗要求，認真對待每一個環(huán)節(jié)，這樣可以減少誤差，提高色譜分析［1］的精度。

(3)把色譜分析應(yīng)用到電力變壓器故障診斷，是很有前景的一門科學(xué)，值得深入進行研究。

［1］鮑亮亮.變壓器故障診斷方法的應(yīng)用研究.電氣時代，2008，05(10).

［2］吳廣寧.高電壓技術(shù).北京;機械工業(yè)出版社，2007.

［3］操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查.中國電力出版社，2005－02.

［4］傅京孫等.人工智能及其應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1988.5－10.

［5］何定.專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)合在電力工程診斷領(lǐng)域的應(yīng)用［D］.東南大學(xué)博士學(xué)位論文，1993，55－57.

［6］楊啟平，薛五德等.專家系統(tǒng)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用［J］.變壓器，1996(6):35.

Fault Diagnosis of Large Transformer Substation

XIAO Ben－feng

(Dexing Copper mine of JCC，Denxing，Jiangxi，China 334224)

This paper briefly introduces current situation of 220kV transformer substation in our plant，and the test results of Oil sample.Propose how to use the ratio of three analyse methode of Oil sample to know the potential problems，and how to solve the existing fault;ensures safe reliable and stable running of transformer substation.

No.2 main transformer;fault;diagnosis;ratio of three;reliable;stable

TM64

B

1009－3842(2011)03－0061－03

2011－04－20

肖本鋒(1973－)，江西萍鄉(xiāng)人，本科，電氣工程師，主要研究方向為變電站電氣控制，E－mail:305655775@QQ.com