核電500kV變壓器乙炔突增問題的分析及處理

苑東升+王巍+曹陽

摘 要：通過對(duì)變壓器油中特征氣體監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)1號(hào)主變B相油中乙炔（C2H2）含量超過規(guī)程要求注意值，且為突增情況。本文對(duì)1號(hào)主變B相油中C2H2含量突增問題進(jìn)行了分析，同時(shí)就原因查找、問題評(píng)估及處理進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：變壓器，特征氣體，異物，鐵芯片間短路

1 引言

油浸式變壓器無論是熱故障還是電故障，都會(huì)促成油及固體絕緣材料的老化和裂解，并在變壓器油中產(chǎn)生各種少量低分子烴類、氫氣、CO、CO2等氣體。分析溶解于油中的氣體，就能提早地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展情況。依據(jù)氣相色譜分析得到特征氣體的種類和數(shù)量對(duì)產(chǎn)品問題類型的判定、故障的迅速解決提供有力的支持。

本文針對(duì)核電廠1號(hào)主變B相油中C2H2含量突增的問題，介紹了問題的分析、查找過程，制定了處理效果評(píng)估、跟蹤評(píng)價(jià)方案等預(yù)防措施。

2 故障現(xiàn)象及檢查情況

2.1產(chǎn)品基本參數(shù)

某核電廠1號(hào)機(jī)主變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：鐵心采用單相四柱結(jié)構(gòu)，兩主柱、兩旁軛；A、X柱容量相等；A、X兩柱的高壓線圈、低壓線圈均為并聯(lián)結(jié)構(gòu)；器身夾件上下放置磁屏蔽，油箱內(nèi)壁放置屏蔽，控制漏磁避免過熱；油箱采用鐘罩、箱沿焊接結(jié)構(gòu)。

產(chǎn)品型號(hào)：DFP-400000/500TH

額定容量比：400/400MVA

額定電壓比：525/√3 /24kV

聯(lián)接組標(biāo)號(hào)：Ii0

短路阻抗：HV-LV18%

冷卻方式：ODAF

2.2問題出現(xiàn)

1）產(chǎn)品2012年12月開始帶電，2013年12月31日并網(wǎng)，2014年3月25日投入商業(yè)運(yùn)行；

2）2015年2月23日例行檢驗(yàn)油樣時(shí)發(fā)現(xiàn)油中特征氣體出現(xiàn)異常情況。主變B相油中C2H2含量為1.23ppm，超過《DL/T596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中要求“運(yùn)行中的500kV變壓器乙炔含量1ppm的注意值”，且H2、C2H6、C2H4等伴隨特征氣體均有所增長；

3）鑒于產(chǎn)品出現(xiàn)異常，核電廠立即決定1號(hào)主變緊急停運(yùn)。一方面開展測試檢查工作；一方面聯(lián)系制造廠及咨詢專家開展問題原因分析。2015年2月24日再次對(duì)1號(hào)主變相取油樣進(jìn)行色譜分析，確認(rèn)油中C2H2的存在且在增長，而在一周前2015年2月15日，及2015年1月15日的月度油樣中均未檢出C2H2；同時(shí)1號(hào)主變A、C相變油樣均未檢出C2H2。主變B相油溫、繞組溫度均未出現(xiàn)異常，未發(fā)生輕瓦斯報(bào)警。

1號(hào)主變停電后，首先對(duì)主變B相（故障相）進(jìn)行高、低壓繞組的直流電阻，鐵芯、夾件絕緣電阻測量，試驗(yàn)結(jié)果合格。從直阻、絕緣測量的試驗(yàn)結(jié)果分析，可排除鐵芯多點(diǎn)接地或高低壓繞組端接不良導(dǎo)致變壓器內(nèi)部放電或高溫過熱而引發(fā)主變油中C2H2突增。

運(yùn)用DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中的三比值法計(jì)算，1號(hào)主變B相油中C2H2/C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6比值對(duì)應(yīng)的特征編碼組合為0，0，2；故障類型為：“高溫過熱”，典型故障為“分接開關(guān)接觸不良，引線夾件螺絲松動(dòng)或接頭焊接不良，渦流引起的銅過熱，鐵芯漏磁局部短路，層間絕緣不良，鐵芯多點(diǎn)接地”；結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、操作情況和絕緣試驗(yàn)結(jié)果初步判斷引起故障的可能原因?yàn)橐韵氯c(diǎn)：

i.鐵芯可能存在級(jí)間、或較大的片間短路；

ii.內(nèi)部引線、線圈抽頭等部位可能有松動(dòng)點(diǎn)，導(dǎo)致過熱現(xiàn)象；

iii.磁屏蔽、銅屏蔽等部位可能有接觸不良；

2.3內(nèi)部檢查

為進(jìn)一步確認(rèn)故障根本原因，對(duì)1號(hào)機(jī)主變B相（以下簡稱：事故相）進(jìn)行了全面的內(nèi)檢。對(duì)高壓套管及其引線、低壓套管及其引線、中性點(diǎn)套管及其引線、無載開關(guān)及其引線、鐵芯壓釘、鐵芯拉帶、鐵芯磁屏蔽等部位也進(jìn)行了全方位檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。但在鐵軛下端檢查發(fā)現(xiàn)面向低壓側(cè)-A柱-上壓板-中心線右壓釘里側(cè)有一鐵墊塊（尺寸約90*90*18mm），與鐵墊塊對(duì)應(yīng)的鐵軛第3級(jí)下端面、第2級(jí)側(cè)面的硅鋼片片間局部有燒灼痕跡。與此鐵墊塊接觸的鐵軛有兩點(diǎn)炭黑痕跡疑似放電點(diǎn)，如圖1所示：

由于空間狹小，用內(nèi)窺鏡和反光鏡對(duì)放電或過熱點(diǎn)進(jìn)行了拍照觀察，如圖2、圖3所示。發(fā)現(xiàn)第2級(jí)鐵芯有1過熱點(diǎn)（涉及3-4片鐵芯硅鋼片）。（說明：鐵芯硅鋼片的單片厚度為0.3mm，過熱點(diǎn)的直徑約1mm）。

3 事故的確認(rèn)

3.1鐵墊塊的來源

結(jié)合變壓器本體結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行分析，確定該鐵墊塊不是變壓器本體的部件，排除部件脫落的可能；經(jīng)過辨別判斷并調(diào)查明確鐵墊塊為生產(chǎn)制造過程使用的工裝零件，是變壓器在廠內(nèi)生產(chǎn)過程中用液壓缸對(duì)器身加壓，加墊在液壓缸下的墊板，根據(jù)其所在位置和液壓缸使用情況，推斷為在加壓工作完成后遺忘在器身上。其遺留位置極為隱蔽，正常內(nèi)檢不易發(fā)現(xiàn)。

3.2鐵墊塊導(dǎo)致出現(xiàn)事故的原因分析

通過對(duì)事故相及其他同批產(chǎn)品以往運(yùn)行及檢測情況分析，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不存在缺陷。從廠內(nèi)試驗(yàn)油中色譜沒有異常情況來看，鐵墊塊最初的狀態(tài)沒有靠到鐵軛上；由于線圈壓板的上部電場較低，鐵墊塊存在沒有在絕緣試驗(yàn)以及監(jiān)視局放等情況下被反映出來；當(dāng)鐵墊塊接觸到鐵軛上時(shí)，導(dǎo)致鐵軛端面的硅鋼片與鐵墊塊“打火”放電，出現(xiàn)事故，并致使變壓器油分解，導(dǎo)致特征氣體含量異常。

3.3鐵墊塊與鐵芯之間接觸情況電場分析

應(yīng)用仿真軟件建模分析，圖4線圈與鐵軛上端部之間等電位分布圖和電場強(qiáng)度分布云圖。

從電場模擬分布圖分析，在鐵墊塊與鐵芯之間不可靠接觸情況下，鐵墊塊上感應(yīng)電位取決于其本身處于電場中的位置。假設(shè)鐵墊塊與鐵心之間有1mm油隙，在主變低壓線圈外施85kV電壓下，鐵墊塊的感應(yīng)電位為2.42kV，金屬塊與鐵芯之間電場強(qiáng)度為4.2kV/mm，鐵墊塊與鐵芯之間有足夠的油隙距離情況下放電也不會(huì)發(fā)生。但若考慮震動(dòng)因素使油隙變化形成虛連，造成鐵墊塊與鐵芯片之間的放電是可能的。

根據(jù)上述電場計(jì)算結(jié)果，若在廠內(nèi)試驗(yàn)及運(yùn)行前期時(shí)鐵墊塊與鐵芯之間的接觸情況與后來運(yùn)行時(shí)不同，即鐵墊塊在當(dāng)時(shí)與鐵芯未形成虛連，在廠內(nèi)出廠試驗(yàn)和到電廠后的交接試驗(yàn)合格及不發(fā)生放電是完全可能的，同樣在之前近2年的運(yùn)行中油樣未檢測出C2H2也是如此。

綜上分析，可明確判斷主變B相油中產(chǎn)生C2H2氣體的原因是由于主變運(yùn)行時(shí)鐵墊塊與鐵軛之間接觸造成放電，致使油裂解所致。

4 處理方案

在事故根本原因已經(jīng)分析清楚，事故影響范圍、損傷情況已經(jīng)明確的情況下制定了處理方案：

1）取出主變B相內(nèi)部的金屬塊異物，對(duì)主變B相鐵軛的放電點(diǎn)用百潔布沾無水酒精進(jìn)行適度擦磨處理，消除或減小鐵芯片間短路；

2）對(duì)主變B相進(jìn)行72小時(shí)熱油循環(huán)，除去變壓器油中的C2H2；

3）主變B相油處理合格后，進(jìn)行產(chǎn)品耐壓并監(jiān)視局部放試驗(yàn)；

4）利用主變空載試驗(yàn)，進(jìn)一步確認(rèn)修復(fù)效果；

5）開展主變A相、C相內(nèi)檢，排除存在異物的可能；

6）上述工作開展后如無異常，判定產(chǎn)品修復(fù)完成，可以繼續(xù)投運(yùn)。

5 事故經(jīng)驗(yàn)反饋及預(yù)防措施

2015年3月18日1號(hào)主變?nèi)_(tái)產(chǎn)品再次投運(yùn)，至今狀況良好。通過此次事故發(fā)生原因、處理過程，提出相應(yīng)的預(yù)防措施：

1）制造廠在生產(chǎn)過程異物的管控加強(qiáng)改進(jìn)，制造廠在生產(chǎn)區(qū)間劃定管控范圍，設(shè)定監(jiān)管區(qū)；要求對(duì)工裝工具、消輔材料的使用進(jìn)行事先登記，事后核查、清理；

2）現(xiàn)場安裝內(nèi)檢及檢修期的維護(hù)工作，要求事先制定預(yù)案，確定檢查方法、應(yīng)用工具；對(duì)檢查不到的位置進(jìn)行預(yù)案分析，確定試驗(yàn)內(nèi)容、排除影響；

3）加強(qiáng)檢修期前、檢修期間、檢修完成各階段預(yù)防性試驗(yàn)的內(nèi)容和頻次，并開展數(shù)據(jù)的比對(duì)工作，找出數(shù)據(jù)差距原因；

4）問題排查過程對(duì)同批次、同型號(hào)的產(chǎn)品運(yùn)行、測試數(shù)據(jù)歸類比較，統(tǒng)一規(guī)劃整改、預(yù)防措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]DL/T596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程

[2]GB/T7252—2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則

[3]GB/T16274-96500kV油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求endprint