500 kV變壓器鐵心接地電流異常分析

孟 翔, 王 志, 張翾喆, 劉江明, 艾云飛, 丁 凱, 李文燕

(國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司 變電檢修中心, 浙江 杭州 311200)

大型電力變壓器是電網(wǎng)傳輸?shù)臉屑~設備,而變壓器故障類型多種多樣。鐵心(夾件)故障在變壓器故障中占比處于第二位,達21.7%[1-3]。變壓器運行時,鐵心和夾件等構件對地會產(chǎn)生懸浮電位,大到一定程度時會對繞組或地放電。因此,變壓器的鐵心和夾件必須進行有效接地[4-5]。但鐵心和夾件多點接地可能帶來一系列的危害,如鐵心和夾件局部過熱、燒壞;變壓器油分解,引發(fā)絕緣油性能下降;導致氣體繼電器動作而使變壓器跳閘[6]。因此,開展變壓器鐵心和夾件多點接地故障的分析研究對于保證電力系統(tǒng)安全、可靠運行具有重要意義。

1 異常概況

2019年6月24日,某變電站500 kV ODFS-334000/500型主變壓器(以下簡稱“主變”,容量334 MW,出廠日期為2017年12月1日,投運日期為2018年6月20日,采用無勵磁調(diào)壓方式)C相鐵心接地電流存在從2～25 mA不同程度的跳變,最大甚至達到安培級。

為阻止故障進一步惡化,在系統(tǒng)暫時不允許停電檢查的情況下,2019年7月20日,采用在外引鐵心接地回路上串接電阻的臨時應急措施來限制接地回路的環(huán)流[7]。當主變A相和B相鐵心接地電流降至合格范圍0.1 A[8]以內(nèi)時,C相鐵心接地電流降至接近零。

C相鐵心和夾件的接地電流檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 C相鐵心及夾件接地電流檢測數(shù)據(jù) 單位:mA

對該主變進行油色譜試驗時,發(fā)現(xiàn)2019年7月30日出現(xiàn)微量乙炔(C2H2),歷次跟蹤檢測詳細檢測數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 主變油色譜歷次跟蹤檢測數(shù)據(jù) 單位:μL/L

對該主變的鐵心和夾件接地電流進行高頻局放檢測、超聲局放檢測及紅外檢測,均未見異常。

2 異常分析

該主變的鐵心及夾件引出接線排至變壓器底部共有10個小支撐絕緣子,現(xiàn)場利用高精度鉗形電流表分別對鐵心及夾件引出接線排各支撐絕緣子進行接地電流測試,未見異?，F(xiàn)象。這表明各支撐絕緣子的絕緣性能良好,與外殼無短接情況。從本體上方的鐵心及夾件引出小磁套附近接線排處直接檢測接地電流,所得檢測數(shù)據(jù)與接地引下線處檢測數(shù)據(jù)相比也無明顯變化。對該主變其他部位進行檢查也未發(fā)現(xiàn)鐵心和夾件接地排與主變殼體有接觸現(xiàn)象,鐵心和夾件接地排之間無短接情況。初步懷疑該主變的鐵心接地電流不穩(wěn)定是由于主變內(nèi)部的鐵心接地存在虛接或接觸不良的情況。

2.1 模擬驗證

正常情況下,該型主變的鐵心和夾件經(jīng)引出線進行外部單點接地,從鐵心和夾件兩個引出端口進行物理結(jié)構分析并建立相關數(shù)學模型。當鐵心和夾件正常引出時,內(nèi)部高壓繞組對鐵心和夾件存在集總參數(shù)電容C鐵心和C夾件,鐵心和夾件之間利用絕緣材料進行絕緣隔離,存在集總參數(shù)電容C鐵心-夾件,鐵心和夾件外部接地等電位,故I鐵心-夾件為零。鐵心和夾件接地電氣原理如圖1所示。

圖1 鐵心和夾件接地電氣原理示意

對該主變在2019年3月—7月的鐵心和夾件接地電流數(shù)據(jù)記錄進行分析。詳細數(shù)據(jù)趨勢如圖2所示。

圖2 鐵心和夾件接地電流趨勢

由圖2可以看出,當鐵心電流偏大時,夾件電流也較大。鐵心接地電流平均值約為10 mA,夾件接地電流平均值約為119 mA。當鐵心接地電流為零時,可以認為該電流不包含鐵心和夾件之間的循環(huán)電流,而此時夾件接地電流約為112 mA,結(jié)合夾件接地電流平均值,可得鐵心接地電流值為119-112=7 mA。這與實測鐵心接地電流平均值10 mA接近,并且7月份大部分測量數(shù)據(jù)均符合該規(guī)律。由此可知,當鐵心電流較大時,鐵心與夾件間存在循環(huán)電流。

2.2 現(xiàn)場驗證

在現(xiàn)場模擬鐵心和夾件多點接地情況,分別設置以下3種狀態(tài)。

(1) 鐵心接地引下線一點與本體外殼短接,測得鐵心接地引下線短接點上方電流為11 mA(與未短接前所測接地電流值一致),而短接點下方所測電流為2 366 mA;

(2) 夾件接地引下線一點與本體外殼短接,夾件接地引下線短接點上方所測電流為115 mA(與未短接前所測接地電流值一致),短接點下方所測電流為2 565 mA;

(3) 鐵心和夾件接地引下線相互短接,短接點上方鐵心電流為10 mA,夾件電流為115 mA(與未短接前各自所測接地電流值一致);短接點下方鐵心電流為106.5 mA,夾件電流為216.4 mA,短接點以下鐵心和夾件電流相角差為180°。

綜合上述鐵心及夾件接地電流檢測數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果,可基本判斷故障原因為:該主變鐵心與夾件之間絕緣材料的絕緣性能受損,有可能是在生產(chǎn)制造過程中因生產(chǎn)工藝不良或運輸過程中操作不當所造成的,在運行一段時間后絕緣材料的性能急劇下降或鐵心引出線安裝過程中安裝不牢固,導致了該主變C相鐵心引出線存在虛接或多點接地的情況。

3 停電檢查及解體檢查情況

主變停電后,對鐵心和夾件進行絕緣試驗,發(fā)現(xiàn)鐵心和夾件的絕緣電阻無異常。排油后,對主變內(nèi)部鐵心和夾件引出系統(tǒng)及各油道連接片壓接情況進行檢查,未發(fā)現(xiàn)其引出系統(tǒng)存在多點接地或接地不良、松動、接觸不良等異常情況。

對主變鐵心和夾件附近系統(tǒng)進行進一步檢查,夾件磁屏蔽安裝結(jié)構示意圖如圖3所示。

圖3 夾件磁屏蔽安裝結(jié)構示意

檢查后發(fā)現(xiàn),主變主柱低壓側(cè)上部夾件磁屏蔽端部存在不同程度的絕緣破損及碳化痕跡,且尖角處存在輕微碳化痕跡,如圖4所示。

圖4 夾件磁屏蔽破損

判斷主變鐵心接地電流不穩(wěn)定的原因為:當變壓器運行時,磁屏蔽中有漏磁通過,自身會產(chǎn)生振動,振動導致磁屏蔽的硅鋼片與鐵心之間的間隙縮小,產(chǎn)生斷續(xù)連接的現(xiàn)象?，F(xiàn)場磁屏蔽包扎所采用的2層(2×0.075 mm)丹尼森紙較薄,引起了端部位置的絕緣破損。因磁屏蔽已有一點與夾件連接,故導致了鐵心與夾件間發(fā)生兩點接地,最終體現(xiàn)為鐵心接地與夾件間出現(xiàn)環(huán)流。

4 處理措施

對主變存在外絕緣破損的夾件磁屏蔽進行更換,在各夾件磁屏蔽靠近鐵心部位的端部位置加包3層(3×0.2 mm)耐熱皺紋紙增強絕緣后復裝,在鐵軛與夾件磁屏蔽之間增加1層或2層2 mm絕緣紙板,增加兩者物理絕緣,以降低漏磁引起的變壓器雜散損耗來避免局部過熱。絕緣紙板放置位置如圖5所示,絕緣處理效果如圖6所示。

圖5 2 mm絕緣紙板放置位置示意

圖6 絕緣處理效果

處理后連續(xù)監(jiān)測一個月,并每天記錄該主變鐵心和夾件接地電流數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)未見異常且較穩(wěn)定,油色譜數(shù)據(jù)也未見異常。

5 結(jié) 語

本次故障僅體現(xiàn)在鐵心接地電流不穩(wěn)定及油色譜出現(xiàn)過微量C2H2。該情況在實際檢測巡視中較容易忽略。主變主柱低壓側(cè)上部夾件磁屏蔽端部已存在不同程度的絕緣破損及碳化痕跡,這說明主變內(nèi)部已經(jīng)積累了一定的放電能量,如果不加以控制極有可能導致放電量激增,進而導致主變重瓦斯動作,主變跳閘。

在后續(xù)的變壓器巡視及油色譜試驗中,對主變鐵心和夾件接地電流進行持續(xù)跟蹤,對油色譜數(shù)據(jù)尤其是C2H2含量數(shù)據(jù)進行有效把控,可較早、較準確地發(fā)現(xiàn)變壓器鐵心和夾件多點接地故障。