一起110 kV變壓器高溫過(guò)熱故障綜合分析及診斷

趙世欽 周健 張健

(都勻供電局 貴州都勻 558000)

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，它的健康狀況直接關(guān)系電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此在運(yùn)行中需要對(duì)變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)并準(zhǔn)確判斷設(shè)備的健康情況，目前對(duì)變壓器的檢測(cè)包括停電試驗(yàn)和帶電試驗(yàn)，而帶電試驗(yàn)中變壓器油樣的溶解氣體分析因不停電、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部潛伏性故障而廣受青睞，但其局限性為單一方法成功率達(dá)不到100%、故障部位的定位存在瓶頸[1]。本文正是通過(guò)一起110 kV變壓器高溫過(guò)熱故障的綜合分析介紹變壓器故障診斷相關(guān)方法同時(shí)，探索溶解氣體分析法在故障定位中的運(yùn)用。

1 故障簡(jiǎn)述

110 kV某變電站1號(hào)主變壓器2010年8月生產(chǎn)，型號(hào)BRDLW-126/630-3，油重19.47 t，廠家為特變衡陽(yáng)變壓器有限公司，2010年10月投運(yùn)。2014年3月色譜試驗(yàn)總烴由2013年3月14.4 μL/L突增到268.4 μL/L，此后長(zhǎng)期跟蹤期間一直平穩(wěn)保持在200±30 μL/L，內(nèi)部故障發(fā)展緩慢至停滯狀態(tài)。2017年11月總烴數(shù)據(jù)再次發(fā)生突變，突破230 μL/L區(qū)間上限達(dá)到269.73 μL/L，此后跟蹤顯示總烴持續(xù)增長(zhǎng)，色譜數(shù)據(jù)顯示設(shè)備內(nèi)部發(fā)生異常，內(nèi)部故障有再次啟動(dòng)和發(fā)展嫌疑。

2 色譜試驗(yàn)分析及診斷

2.1 前期故障分析

2014年3月至2017年11月，該主變發(fā)生第一次總烴數(shù)據(jù)突變并保持平穩(wěn)，期間部分跟蹤數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 110 kV某變電站1號(hào)主變色譜試驗(yàn)氣體組分含量 μL/L

通過(guò)表1看出，2014-03-14對(duì)2013-03-06數(shù)據(jù)突變中，絕對(duì)增長(zhǎng)率為15.1 mL/d,大于12 mL/d，總烴大于150 μL/L，均超過(guò)注意值要求，可確認(rèn)設(shè)備內(nèi)部存在故障。根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》(DL/T 722—2014)[1]中特征氣體法判斷，甲烷及乙烯占總烴90.6%，含有少量乙炔，一氧化碳及二氧化碳含量較低且無(wú)增長(zhǎng)，顯示設(shè)備內(nèi)部存在裸金屬高溫過(guò)熱特征。

運(yùn)用改良三比值法判斷，特征組分含量比值如下：

n(C2H2)/n(C2H4)=0.01；n(CH4)/n(H2)=0.54；n(C2H4)/n(C2H6)=6.66。

對(duì)應(yīng)的三比值范圍編碼為：0 0 2 ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 722—2014判斷該編碼故障類(lèi)型為“高于700 ℃高溫過(guò)熱”，因此綜上，設(shè)備內(nèi)部存在裸金屬高溫過(guò)熱故障。但2014-03-14突變后跟蹤數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)無(wú)明顯增長(zhǎng)，顯示故障已經(jīng)趨緩至平穩(wěn)狀態(tài)。

2.2 突變后故障分析

2017年11月，色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)第二次突變并保持持續(xù)增長(zhǎng)，顯示內(nèi)部再次有故障產(chǎn)生，跟蹤數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 110 kV某變電站1號(hào)主變突變后色譜試驗(yàn)氣體組分含量 μL/L(絕對(duì)增長(zhǎng)量除外)

通過(guò)表2可知，突變后絕對(duì)增長(zhǎng)率均大于12 mL/d，超過(guò)注意值要求，設(shè)備內(nèi)部存在故障且持續(xù)發(fā)展。根據(jù)DL/T 722—2014中特征氣體法判斷(以2017-12-26為例) ，甲烷及乙烯占總烴90.8%，含有少量乙炔，一氧化碳及二氧化碳含量較低且無(wú)增長(zhǎng)，顯示設(shè)備內(nèi)部存在裸金屬過(guò)熱特征。運(yùn)用改良三比值法判斷，特征組分含量比值如下：

n(C2H2)/n(C2H4)=0.003；n(CH4)/n(H2)=1.1；n(C2H4)/n(C2H6)=5.77。

對(duì)應(yīng)的三比值范圍編碼為：0 2 2 ，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 722—2014判斷該編碼故障類(lèi)型為“高于700 ℃的高溫過(guò)熱”。

根據(jù)2017-12-26數(shù)據(jù)換算故障點(diǎn)溫度：

T=322log(C2H4/C2H6)+525=322log(213.03/36.93)+525=770 ℃。

因此綜合上述分析，第二次數(shù)據(jù)突變顯示設(shè)備內(nèi)部存在770 ℃的裸金屬高溫過(guò)熱故障。

3 故障部位探索分析

3.1 變壓器局部高溫過(guò)熱故障的部位分析

從變壓器整體結(jié)構(gòu)劃分，內(nèi)部局部高溫過(guò)熱主要分為電路故障和磁路故障，電路故障主要體現(xiàn)在引線接頭接觸不良、繞組股間短路、分接接頭接觸不良、引線絕緣破損靠搭套管外殼等，特征是產(chǎn)氣速率快，受電流影響大，溶解氣體中含有乙炔；磁路故障主要體現(xiàn)在因鐵芯、夾件、壓板、拉板等內(nèi)部金屬構(gòu)件自身受損翻卷短接、金屬或類(lèi)金屬雜質(zhì)異物連接短路、壓釘松動(dòng)位移或絕緣破損等故障引發(fā)局部高溫過(guò)熱。此種故障從絕緣系統(tǒng)角度可分為三種，一是鐵芯多點(diǎn)接地(鐵芯對(duì)夾件、油箱、壓板及拉板等的絕緣受損引發(fā)多點(diǎn)接地);二是鐵芯內(nèi)部片間短路(鐵芯內(nèi)部片間因金屬異物短路或內(nèi)部絕緣損壞引發(fā)環(huán)流);三是夾件、壓板、拉板相互間等因緊固壓釘松動(dòng)位移、絕緣破損或異物短接引發(fā)電氣閉合，產(chǎn)生短路環(huán)流引發(fā)高溫過(guò)熱，磁路故障另一個(gè)原因是設(shè)計(jì)或制造缺陷造成運(yùn)行中漏磁引發(fā)環(huán)流過(guò)熱，磁路故障特征為一般產(chǎn)氣能量較電路故障小，無(wú)或少量乙炔，故障發(fā)展一般有間隙性[2-3]。

3.2 溶解氣體分析對(duì)故障部位探索

按表2色譜試驗(yàn)時(shí)間，調(diào)取該月1號(hào)主變電流曲線如圖1所示，按表2色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)，依據(jù)總烴安伏法的曲線比較法進(jìn)行比較，如圖2所示。

圖1 1號(hào)主變2017年12月電流曲線

圖2 1號(hào)主變總烴變化曲線

由圖1及圖2可知，當(dāng)月當(dāng)電流持續(xù)減小時(shí)，總烴呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，上升較快。通過(guò)表2及圖1對(duì)比，12月20日至26日區(qū)間，電流呈急速下降之時(shí)，總烴絕對(duì)增長(zhǎng)率為102.8 mL/d，為注意值12 mL/d的8.5倍，呈急速上漲趨勢(shì)，雖然因該變電站在進(jìn)行裝置改造無(wú)法調(diào)出電壓曲線，也可通過(guò)電流和總烴變化趨勢(shì)完全相反判斷，故障發(fā)生在磁路故障上。

根據(jù)2017-12-26數(shù)據(jù)采用四比值法進(jìn)行分析：

n(CH4)/n(H2)=1.1；n(C2H6)/n(C2H4)=0.23;n(C2H4)/n(C2H6)=5.77；n(C2H2)/n(C2H4)=0.01。

按德國(guó)四比值法判斷為“鐵件或油箱出現(xiàn)不平衡電流”；按羅杰斯四比值法判斷比值取值“1 0 2 0”，判斷為“鐵芯和箱殼環(huán)流、接頭過(guò)熱”，按我國(guó)修正的四比值法取比值“1 0 1 0”，判斷為“循環(huán)電流及(或)連接點(diǎn)過(guò)熱”；綜合三種方法判斷故障部位及原因?yàn)椤拌F芯、鐵件或油箱出現(xiàn)的循環(huán)電流、連接點(diǎn)過(guò)熱”，為磁路故障。

綜上可知故障部位在磁路上，極可能為鐵芯、鐵件或油箱出現(xiàn)的循環(huán)電流、連接點(diǎn)過(guò)熱，排除了電路故障過(guò)熱的可能。

3.3 電氣試驗(yàn)檢查情況

高壓試驗(yàn)人員2017-12-22停電開(kāi)展高壓試驗(yàn)檢查，分別開(kāi)展絕緣電阻、繞組直流電阻、介質(zhì)損耗因素、鐵芯絕緣電阻、鐵芯對(duì)夾件絕緣電阻及夾件對(duì)地絕緣電阻測(cè)試，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，在運(yùn)行過(guò)程中測(cè)量鐵芯接地電流均0.04 A，小于0.1 A。高壓試驗(yàn)檢查設(shè)備內(nèi)部無(wú)異常，無(wú)鐵芯多點(diǎn)接地、引線接頭接觸不良及夾件接地等現(xiàn)象發(fā)生。

3.4 故障部位分析及檢修策略建議

綜合3.2及3.3分析，故障部位在磁路上，且排除鐵芯多點(diǎn)接地故障可能，又因該變壓器投運(yùn)4年后才發(fā)生異常，初步可排除因制造或設(shè)計(jì)缺陷造成的漏磁，因此依據(jù)3.1磁路故障的三種部位分析，故障可縮小為鐵芯內(nèi)部片間短路，或是夾件、壓板、拉板相互間因緊固壓釘松動(dòng)位移、絕緣破損或金屬異物短接引發(fā)電氣閉合，閉合回路內(nèi)部產(chǎn)生短路環(huán)流引發(fā)高溫過(guò)熱，該類(lèi)型故障對(duì)變壓器的損壞不呈急速破壞性，且大多故障的發(fā)展有間隙性，因此可以不必立刻對(duì)該變壓器進(jìn)行停電檢修，但必須加強(qiáng)跟蹤分析，可在適當(dāng)時(shí)機(jī)停電進(jìn)行檢查。

4 吊罩檢修狀況及故障原因分析

2017年4月對(duì)該變壓器進(jìn)行吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部夾件壓釘松動(dòng)，有高溫故障留下的黑色痕跡，具體情況如圖3及圖4所示。

吊罩發(fā)現(xiàn)，在變壓器上鐵軛的夾件固定壓釘松動(dòng)，壓釘部位有高溫炭黑留下的故障痕跡，經(jīng)對(duì)松動(dòng)的壓釘進(jìn)行清洗及緊固之后，該變壓器投入運(yùn)行，跟蹤色譜數(shù)據(jù)顯示無(wú)異常，故障已經(jīng)消除。

圖3 上鐵軛松動(dòng)的夾件壓釘

圖4 高溫過(guò)熱的壓釘螺桿

松動(dòng)的壓釘主要是用于上鐵軛兩塊壓板和夾板的固定，夾件間存在絕緣漆絕緣，并通過(guò)緊固的壓釘相互連接成等電位，當(dāng)壓釘松動(dòng)時(shí)，不良接觸引發(fā)電位差，通過(guò)壓釘—壓板—夾板—另一側(cè)壓釘而形成電氣閉合，產(chǎn)生短路電流，引發(fā)高溫過(guò)熱，具體如圖5模擬所示。

圖5 壓釘松動(dòng)形成的短路電流模擬

5 結(jié)論

變壓器油溶解氣體分析方法能在帶電的狀態(tài)下準(zhǔn)確反映設(shè)備的運(yùn)行工況，分析判斷變壓器內(nèi)部是否存在過(guò)熱、放電等潛伏性故障，并依據(jù)故障性質(zhì)、故障狀況及發(fā)展趨勢(shì)制定檢修策略，但單一溶解氣體分析法無(wú)法做到準(zhǔn)確率100%，且對(duì)設(shè)備故障的定位存在一定難度，因此必須通過(guò)特征氣體法、三比值法等多種方法進(jìn)行定位，通過(guò)電氣試驗(yàn)、總烴安伏法、四比值法等輔助進(jìn)行電路或磁路的定位，全面綜合分析，才能提供更加準(zhǔn)確的判斷結(jié)果。