一起變壓器直流電阻不平衡故障的分析處理

深圳供電局有限公司 張亞冰 孫 奇 蒙志強(qiáng) 劉 勇

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定具有重要意義。為了結(jié)合目前電網(wǎng)電壓的變化和各種用電設(shè)備的需求，變壓器在運(yùn)行中進(jìn)行分級調(diào)壓需用到分接開關(guān)。在變換分接開關(guān)的過程中，會出現(xiàn)多種原因?qū)е路纸娱_關(guān)接觸不良，從而出現(xiàn)發(fā)熱的情況，嚴(yán)重的甚至?xí)龤ё儔浩?。因此，分接開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。變壓器存在運(yùn)行缺陷的問題中，繞組相間或線間直流電阻不平衡率超標(biāo)出現(xiàn)的概率相對較大，為了查找變壓器的運(yùn)行故障，目前一般采用變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)法[1-3]。變壓器直流電阻試驗(yàn)是變壓器試驗(yàn)中重要項(xiàng)目，正確的測量結(jié)果對分析處理變壓器故障有著較大的指導(dǎo)作用。

如何開展好有載開關(guān)的檢修與維護(hù)工作，確保變壓器正確調(diào)壓，是目剛檢修部門面臨的重要任務(wù)，嚴(yán)重影響變電站的安全運(yùn)行。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 10228-2015)《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》和（GB/T6451-2015）《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》對變壓器繞組直流電阻的不平衡率作了要求，明確規(guī)定了繞組直流電阻不平衡率的相間差和線間差的偏差限值。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，測試?yán)@組直流電阻，其一是為了測試直流電阻不平衡率是否滿足要求，其二是為了檢查繞組、引線、分接開關(guān)和套管等部件是否能夠良好接觸、繞組匝間是否存在短路故障等問題。直流電阻試驗(yàn)，還能夠檢查出變壓器繞組內(nèi)部導(dǎo)線的焊接質(zhì)量，導(dǎo)線與引線的焊接質(zhì)量，三相電阻是否平衡等問題。

直流電阻不平衡會造成變壓器相間以及線地間出現(xiàn)循環(huán)電流,出現(xiàn)循環(huán)電流會導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)附加損耗。若情況較嚴(yán)重，有可能會出現(xiàn)變壓器產(chǎn)生不對稱運(yùn)行甚至是變壓器出現(xiàn)燒毀等安全事故。大型變壓器接頭松動、分接開關(guān)接觸不良，檔位錯(cuò)誤、使用接線方式和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的制造工藝等都會一定程度的對變壓器直流電阻的最終測試結(jié)果造成影響，因而導(dǎo)致其內(nèi)部繞組出現(xiàn)直流電阻平衡故障。變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)過程中如果存在直流電阻測試數(shù)據(jù)異常的情況，證明變壓器一定程度上存在某些運(yùn)行缺陷，此時(shí)就需要及時(shí)分析處理，以避免造成故障擴(kuò)大，甚至出現(xiàn)較為嚴(yán)重的停電故障。

因此，目前變壓器在出廠、交接及運(yùn)行的過程中，均須對變壓器開展繞組直流電阻試驗(yàn)，該項(xiàng)試驗(yàn)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)繞組內(nèi)部、調(diào)分接開關(guān)及接觸點(diǎn)間的接觸異常，避免變壓器在運(yùn)行中因繞組電氣回路接觸不良引發(fā)變壓器內(nèi)部局部過熱，甚至最終引發(fā)變壓器燒損，造成電網(wǎng)和設(shè)備的雙重?fù)p失。在故障的發(fā)現(xiàn)和處理的過程中需要對故障進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，通過分析數(shù)據(jù)對具體的故障點(diǎn)進(jìn)行查找并且及時(shí)的處理，這樣可以有效的防止盲目工作浪費(fèi)大量的時(shí)間，可以讓檢修的工作量大大降低，提升檢修的作業(yè)效率，大幅降低人力資源的浪費(fèi)以及電力設(shè)施停電帶來的經(jīng)濟(jì)損失。本文將對一起變壓器直流電阻不平衡故障的發(fā)現(xiàn)和處理過程進(jìn)行講述，從多維度分析繞組直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，挖掘數(shù)據(jù)異常表象下的內(nèi)部原因，為變壓器直流電阻異常分析與故障定位提供新的思維路徑。

1 繞組直流電阻數(shù)據(jù)分析

1.1 概況

2022年9 月，按照中國南方電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CSG1206007-2017《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》要求，對110kV石廈站#1主變開展預(yù)防性試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)繞組直流電阻的三相間不平衡率嚴(yán)重超標(biāo)，所有檔位直流電阻三相間不平衡率均超過規(guī)程規(guī)定的“各相繞組電阻相互間的差別不應(yīng)大于平均值的2%”的要求。該臺變壓器是由三菱電機(jī)株式會社于1996年8月生產(chǎn)的CR/CRB-NRH型油浸式變壓器，配備三菱電機(jī)株式會社于1996年7月生產(chǎn)的NRHⅢ400-120-12193G-DM2型有載分接開關(guān)。

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ?/h3>

該臺變壓器的有載分接開關(guān)配置17個(gè)檔位，按照規(guī)程要求，對所有檔位繞組直流電阻相間不平衡率進(jìn)行分析，所有檔位直流電阻相間不平衡率均超過2%，整體分布區(qū)間位于4.0%～10.0%，C相繞組直流電阻在各檔位均顯著偏大，初步判斷C相繞組電氣回路內(nèi)部存在接觸不良。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)歷史對比

該臺主變曾于2016年4月開展過繞組直流電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果雖符合規(guī)程要求，但C相直流電阻已呈現(xiàn)整體偏大的跡象。按照規(guī)程要求，與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，將上次測試值換算至與本次測試相同溫度（本次測試變壓器油溫37℃，上次測試變壓器油溫45℃），分析各相各檔位2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化情況。

通過對比發(fā)現(xiàn)，B相繞組直流電阻數(shù)據(jù)2次測試間無明顯差異，所有檔位變化率均在±0.2%以內(nèi)，表明本次測試B相直流電阻無異常。A相繞組直流電阻除11檔和17檔外，其他檔位2次測試間數(shù)據(jù)對比均符合規(guī)程要求，變化率在2%以內(nèi)，11檔和17檔數(shù)據(jù)變化率略超規(guī)程要求，所有檔位中大部分檔位數(shù)據(jù)合格，個(gè)別檔位數(shù)據(jù)超標(biāo)，不合格檔位未呈現(xiàn)一定規(guī)律，據(jù)此判斷A相繞組電氣回路中無因公共接觸點(diǎn)接觸不良導(dǎo)致的接觸異常，11檔和17檔直流電阻變化率偏大可能是由于有載分接開關(guān)內(nèi)部檔位分接選擇開關(guān)接觸不良引起。

C相繞組直流電阻所有檔位2次測試間數(shù)據(jù)對比變化率均超2%，分布在2.8%～8.7%，且無規(guī)律可循，試驗(yàn)過程中曾反復(fù)多次測試，多次測試間數(shù)據(jù)重復(fù)性較差，測試結(jié)果具有較大隨機(jī)性，據(jù)此判斷繞組電氣回路內(nèi)部可能存在一個(gè)活動公共接觸點(diǎn)存在接觸不良情況，因該接觸點(diǎn)為活動接觸點(diǎn)，故接觸電阻依賴于每次檔位切換后的接觸情況。

1.4 檔間差數(shù)據(jù)分析

變壓器繞組直流電阻正常時(shí)，各檔位檔間差相對恒定，一般會在某個(gè)數(shù)值上次波動，如個(gè)別檔位直流電阻數(shù)據(jù)異常時(shí)，該檔位與其臨近檔位的檔間差將發(fā)生變化，具體分下述4種情況。

一是如個(gè)別檔位直流電阻數(shù)據(jù)異常，該檔位與鄰近檔位間檔間差發(fā)生變化，且鄰近檔位間變化方向相反，其他檔位檔間差無變化，表明分接開關(guān)內(nèi)存在個(gè)別檔位分接選擇開關(guān)接觸不良隱患。

二是如某相繞組所有檔位直流電阻均偏大，且增大數(shù)值基本一致，檔間差無明顯變化，表明繞組電氣回路內(nèi)存在固定公共接觸點(diǎn)接觸不良隱患。

三是如某相繞組所有檔位直流電阻均偏大，個(gè)別檔位增大數(shù)值不一致，且多次測試數(shù)據(jù)重復(fù)性較好，個(gè)別檔位鄰近檔間差明顯變化，表明繞組電氣回路內(nèi)存在固定公共接觸點(diǎn)接觸不良隱患疊加個(gè)別檔位分接選擇開關(guān)接觸不良隱患。

四是如某相繞組所有檔位直流電阻均偏大，各檔位檔間差無固定變化規(guī)律，且多次測試數(shù)據(jù)重復(fù)性較差，表面繞組電氣回路內(nèi)部存在活動公共接觸點(diǎn)接觸不良隱患，同時(shí)不排除個(gè)別檔位分接選擇開關(guān)接觸不良。

本次測試檔間差試驗(yàn)，B相除11檔外，其他檔位檔間差相對穩(wěn)定；A相除11檔和17檔鄰近檔間差外，其他檔位檔間差相對穩(wěn)定；C相檔間差變化無規(guī)律可循。

1.5 測試結(jié)論

綜合分析認(rèn)為，B相繞組直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)無異常，A相繞組11檔和17檔繞組直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常，異常原因可能為該2檔位有載分接開關(guān)內(nèi)檔位分接選擇開關(guān)接觸不良引起，接觸不良原因可能為彈簧壓力不足、觸指表面附著油泥等。C相繞組直流電阻整體偏大，各檔位數(shù)值增大情況差異性較大，且反復(fù)多次測試間數(shù)據(jù)重復(fù)性差、隨機(jī)性強(qiáng)，分析認(rèn)為C相繞組電氣回路內(nèi)存在活動公共接觸點(diǎn)接觸不良隱患，同時(shí)不排除個(gè)別檔位分接選擇開關(guān)接觸不良隱患，故障點(diǎn)位于有載分接開關(guān)內(nèi)部的活動部件，建議對分接開關(guān)進(jìn)行吊芯檢查并處理。

2 吊芯檢查及處理情況

2.1 分接選擇開關(guān)觸頭清潔及更換

對該臺變壓器有載分接開關(guān)進(jìn)行吊芯檢查，檢查發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)內(nèi)部各相動靜觸頭表面均存在不同程度油泥附著情況，未發(fā)現(xiàn)因接觸不良放電而造成的觸頭燒蝕現(xiàn)象，手指按壓C相各分接選擇開關(guān)觸頭，發(fā)現(xiàn)存在不同程度彈簧壓力不足情況，對三相所有檔位分接開關(guān)觸頭表面油泥進(jìn)行清潔處理，并更換C相分接開關(guān)觸頭。

2.2 C相主觸頭更換

分接開關(guān)動觸頭吊出后，對動觸頭電氣回路進(jìn)行回路電阻測試，測試分接開關(guān)動觸頭各相觸頭至中性點(diǎn)觸頭回路電阻，采用100A直流電流時(shí)，C相回路電阻約8mΩ，B相回路電阻350uΩ，A相回路電阻430uΩ。C相主觸頭表面嚴(yán)重氧化，對C相主觸頭經(jīng)油泥清潔處理和反復(fù)滾動摩擦后，C相回路電阻無下降趨勢，隨即對C相主觸頭進(jìn)行更換處理。

更換并做清潔處理后，分接開關(guān)動觸頭ABC三相回路電阻分別為120.7uΩ、336.8uΩ、416.4uΩ，測試各相主觸頭至過渡觸頭接觸電阻均在2.7～2.8Ω范圍內(nèi)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。分接開關(guān)裝入變壓器后，對變壓器再次開展直流電阻測試，所有檔位不平衡率均在1%以內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)程要求。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

通過對110kV石廈站#2主變高壓側(cè)繞組直流電阻不平衡故障的分析和處理過程，表明對運(yùn)行中變壓器定期開展直流電阻測試，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)繞組電氣回路中接觸不良隱患，對保障變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。針對直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析不應(yīng)局限于相間橫比，應(yīng)通過各相不同檔位數(shù)據(jù)縱比、檔間差比較等數(shù)據(jù)分析手段，通過數(shù)據(jù)表象深入分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律，對分析判斷具體故障部位具有重要意義。

3.2 運(yùn)維建議

一是應(yīng)定期按要求開展變壓器直流電阻測試，測試時(shí)分接開關(guān)應(yīng)經(jīng)過充分打磨，建議不少于5個(gè)檔位切換循環(huán)，數(shù)據(jù)異常時(shí)應(yīng)首先排除儀器問題和夾線干擾，如接線鉗接觸不良等。

二是繞組直流電阻數(shù)據(jù)異常時(shí)故障排查應(yīng)遵循由外而內(nèi)、由簡而易的原則，即首先排查抱箍、將軍帽接觸不良，然后排查調(diào)壓開關(guān)接觸不良，最后排查主變本體內(nèi)部繞組接觸不良。

三是繞組直流電阻數(shù)據(jù)異常時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，從多維度、多角度開展數(shù)據(jù)分析，挖掘潛在價(jià)值，提升故障部位準(zhǔn)確判斷能力，減少無效排查，提升檢修效率。

四是針對調(diào)壓開關(guān)動作次數(shù)較多，負(fù)荷較重的主變，考慮合理配置調(diào)壓開關(guān)在線濾油裝置，以改善調(diào)壓開關(guān)運(yùn)行環(huán)境。

4 結(jié)語

隨著當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)的逐步提升，電氣行業(yè)也隨之快速發(fā)展，在此發(fā)展過程中，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在不斷地優(yōu)化完善，供電質(zhì)量得到了顯著的提升。其中，變壓器在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中起到重要的作用，其運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性直接決定了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否良好。在變壓器存在運(yùn)行缺陷的問題中，繞組相間或線間直流電阻不平衡率超標(biāo)出現(xiàn)的概率相對比較大，為了查找出變壓器的運(yùn)行故障，目前現(xiàn)有技術(shù)一般采用變壓器繞組直流電阻試驗(yàn)法。繞組直流電阻試驗(yàn)是發(fā)現(xiàn)變壓器繞組內(nèi)部接觸不良、短路開路等缺陷的有效手段。

變壓器繞組的性能能從變壓器的直流電阻試驗(yàn)直接反應(yīng)出來，直流電阻試驗(yàn)是變壓器特性試驗(yàn)的一個(gè)重要項(xiàng)目。實(shí)際試驗(yàn)工作中，常發(fā)現(xiàn)變壓器直流電阻測試數(shù)據(jù)中，會出現(xiàn)某幾個(gè)檔位數(shù)據(jù)或者某相數(shù)據(jù)普遍異常，造成變壓器直流電阻三相不平衡率超標(biāo)。在變壓器進(jìn)行直流電阻測試時(shí)，當(dāng)某些數(shù)據(jù)異常時(shí)，就說明繞組電氣回路中存在接觸不良的故障，此時(shí)需要及時(shí)對故障進(jìn)行分析和處理，可通過數(shù)據(jù)表象深入分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律，從多維度分析繞組直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷具體故障部位，及時(shí)修復(fù)故障，保障變壓器的正常運(yùn)行，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性運(yùn)行。