一起10 kV 變壓器發(fā)熱故障的分析

孫大海，艾秀娟，周培培

（中國石油集團渤海裝備制造有限公司第一機械廠，河北滄州 062658）

0 引言

2018 年3 月，中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司青縣園區(qū)內(nèi)，某防腐公司所屬大擠出機變壓器（以下稱1 號變）發(fā)生過熱故障，在環(huán)境溫度在0 ℃左右的情況下，其表面溫度達到50 ℃，屬于過熱現(xiàn)象。

中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司第一機械廠作為整個園區(qū)內(nèi)110 kV 變配電系統(tǒng)的管理者，立即派出專業(yè)技術(shù)人員對該臺變壓器進行電力檢測，通過一系列的電氣檢測后，認定其內(nèi)部存在過熱故障點，為確保生產(chǎn)的連續(xù)作業(yè)，推薦其更換變壓器。

2018 年4 月份，該防腐公司更換一臺同樣型號的變壓器（以下稱2 號變），在使用時出現(xiàn)過熱導(dǎo)致絕緣油噴出的故障。

下面針對這兩次故障，進行分析。對于變壓器過熱的情況，一般采用氣相色譜分析是診斷變壓器過熱故障的重要方法。實踐表明，在局部過熱的情況下，變壓器油中含有大量的CH4和C2H4，故障涉及固體絕緣時，油中還含有大量的CO 和CO2，基于此特性，可以用氣體圖像法和三比值法來判斷故障的性質(zhì)。此外，測量直流電阻可以對導(dǎo)電回路熱性故障做進一步判斷。

1 1 號變壓器故障分析

對于更換下的1 號變，對其進行電氣試驗、變壓器油色譜分析和吊芯觀測等。

1.1 電氣試驗

（1）直流電阻測量數(shù)據(jù)（表1）。

（2）耐壓測試

對變壓器進行10 kV 耐壓測試，30 min 后測量各項阻值無明顯變化。測試結(jié)果顯示，變壓器各相阻值均正常。

表1 直流電阻

1.2 變壓器油色譜分析

根據(jù)表2 色譜分析結(jié)果，總烴超出注意值，根據(jù)氣體分析判斷導(dǎo)則中三比值編碼022 設(shè)備內(nèi)部可能存在超過700 ℃的高溫。由于缺少對過程的氣體監(jiān)控，故沒有測出氣體的產(chǎn)氣速率，也無法獲得準確的故障信息。根據(jù)表3 四比值法，可以看出CH4/H2值范圍不在1～3 之間，故此，可以排除鐵芯多點接地的情況。

表2 變壓器油色譜分析

表3 四比值

1.3 吊芯檢查

圖1 變壓器外觀

變壓器外觀如圖1 所示，在圖1 中能明顯觀察到，在變壓器內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的工字鋼上存在整體明顯、局部嚴重的高溫灼燒現(xiàn)象。其中沿鋼結(jié)構(gòu)的下測和螺栓孔的周圍過熱嚴重。

根據(jù)上述情況，由變壓器線圈所產(chǎn)生的不斷變化的泄露磁場，以鋼結(jié)構(gòu)為載體，形成交變的電流，同時，由于鋼結(jié)構(gòu)的螺栓連接處，存在空隙，造成局部渦流非常高，電流使得鋼結(jié)構(gòu)的溫度升高。

通常，變壓器繞組中的磁通，包括兩個部分：主磁通和漏磁通，方向分為軸向和法向方向分量。其中，軸向分量沿繞組高度變化較小，而徑向分量分布復(fù)雜，引起渦流損耗大且不均勻。在整個磁場分布的情況來看，由于越靠近線圈的地方其磁場強度越大，其產(chǎn)生的交變電流就越大，那么其過熱的情況就越嚴重。在螺栓孔附近由于其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生畸變，這類地方的磁場分布的密度相對也比較大，那么其產(chǎn)生的交變電流也就越大，過熱情況也相對明顯。因此，可判定該變壓器的故障類型，為漏磁導(dǎo)致的金屬支撐構(gòu)架的過熱。

2 2 號變壓器的故障分析

2.1 諧波的測定

由于擠出機是大功率非線性阻抗特性的電氣設(shè)備，這些非線性負荷在工作時向電源反饋高次諧波，導(dǎo)致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，諧波也會增大變壓器的附加損耗和發(fā)熱。

表4 諧波分析數(shù)據(jù) %

根據(jù)GB/T 14549《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定，從表4 可以看出雖然存在各次諧波中都存在諧波的情況，但其值都在允許范圍內(nèi)，不會是引起變壓器噴油的主要因素。因此，將其列為次要因素。

2.2 變壓器油的特征氣體分析

表5 變壓器油色譜分析

根據(jù)表5 色譜分析結(jié)果，總烴超出注意值，根據(jù)氣體分析判斷導(dǎo)則中三比值編碼022 設(shè)備內(nèi)部存在超過700 ℃的高溫。根據(jù)表6 四比值法，可以看出CH4/H2值范圍在1～3 之間，C2H2/C2H4＜1，C2H4/C2H6＞3，C2H2/CH4＜0.5，故此，可以初步斷定變壓器存在鐵芯多點接地的情況。

鐵心疊片只允許一點接地，如果有兩點以上接地，則接地各點之間可能形成回路。當主磁道穿過此閉和回路時，就會在其中產(chǎn)生循環(huán)電流，造成內(nèi)部過熱事故。當變壓器鐵芯或與其他金屬構(gòu)件有兩點或兩點以上接地時，則接地點就會形成閉合回路，在鐵芯中形成2～3 倍額定的環(huán)流，如此大的環(huán)流數(shù)值，會使鐵芯的損耗急劇加大，過程中會產(chǎn)生非常大的熱量損失，引起局部過熱，導(dǎo)致油分解，還可能使接地片熔斷或燒壞鐵芯，使變壓器不能繼續(xù)運行。

確定后，對其進行吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)鐵芯的絕緣出現(xiàn)問題，有破損的情況，處理完畢后，2 號變壓器恢復(fù)正常。

表6 四比值

3 結(jié)束語

在變壓器的日常運行檢查過程中，需要加強對過熱現(xiàn)象的日常監(jiān)控和檢查，尤其是不能夠忽視變壓器底座連接螺栓等情況的檢查工作，才能更有效地確保變壓器的平穩(wěn)運行。在平時的巡檢過程中，員工要利用紅外成像儀等便攜式檢測工具，對變壓器的整體進行溫度分布的檢查，及早發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。