變壓器有載輕瓦斯頻繁動(dòng)作故障分析

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 邱香麗

電力變壓器是電力設(shè)備中極其重要的設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定[1]。電力系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成，各環(huán)節(jié)之間的設(shè)備又是緊密相連的，作為變電環(huán)節(jié)中關(guān)鍵設(shè)備的變壓器一旦發(fā)生故障，將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響，甚至?xí)拐麄€(gè)電力系統(tǒng)癱瘓瓦解，從而影響電力供應(yīng)及用戶用電，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)构I(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)巨大的財(cái)產(chǎn)損失，給人們的生活生產(chǎn)帶來諸多不便[2]。

變壓器的瓦斯保護(hù)是反映變壓器內(nèi)部故障的一種保護(hù)，實(shí)際運(yùn)行中的變壓器當(dāng)過載發(fā)熱、鐵芯局部發(fā)熱、漏磁導(dǎo)致油箱發(fā)熱等油分解的氣體上升進(jìn)入瓦斯繼電器集氣室時(shí)，氣壓使油面緩慢下降，繼電器隨油面的落下，輕瓦斯干簧接地導(dǎo)通發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作的信號(hào)，油面進(jìn)一步下降將引起重瓦斯動(dòng)作跳閘，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起主變損壞。

本文以某變電站實(shí)際運(yùn)行中的一臺(tái)220kV 變壓器投運(yùn)后第二年內(nèi)發(fā)生了4次“有載輕瓦斯動(dòng)作”告警的異?，F(xiàn)象為例，通過分析該變壓器的故障現(xiàn)象，找到其產(chǎn)生原因，并最終找出解決的措施。

1 故障分析

1.1 故障現(xiàn)象

某變電站實(shí)際運(yùn)行中的一臺(tái)220kV 變壓器（為煙臺(tái)東源變壓器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的型號(hào)為SFSZ10-180000/220GY， 有載分接開關(guān)為MR 分接開關(guān)，生產(chǎn)的型號(hào)為M Ⅲ600Y-123/C-10193WR）投運(yùn)后一年內(nèi)未發(fā)生任何故障，按照相關(guān)新投運(yùn)變壓器首次檢修標(biāo)準(zhǔn)，一年后對(duì)該主變壓器進(jìn)行檢修，更換有載分接開關(guān)瓦斯繼電器，之后的半年內(nèi)發(fā)生了4次“有載輕瓦斯動(dòng)作”告警的異常信號(hào)。

在第一、第二次發(fā)出“有載輕瓦斯動(dòng)作”告警信號(hào)時(shí)，檢修人員懷疑是因?yàn)闄z修時(shí)更換過瓦斯繼電器后有殘留氣體留在管道中或變壓器正常產(chǎn)氣造成瓦斯繼電器動(dòng)作，只是進(jìn)行排氣處理。時(shí)隔兩個(gè)月后再次發(fā)“有載輕瓦斯動(dòng)作”告警信號(hào)時(shí)，基本可以排除因更換過瓦斯繼電器后有殘留氣體留在管道中或變壓器正常產(chǎn)氣導(dǎo)致的有載輕瓦斯動(dòng)作。

由于該變壓器裝有在線凈油裝置，所以在現(xiàn)場排氣后將在線濾油裝置關(guān)閉三個(gè)月來排除是否是在線濾油裝置（每星期濾油一次）影響。在凈油裝置關(guān)閉后的一個(gè)月，該主變壓器再次發(fā)出“調(diào)壓輕瓦斯動(dòng)作”告警信號(hào)，因此排除了在線濾油裝置的原因，檢查了是否因積聚空氣、油位降低、二次回路故障或變壓器內(nèi)部故障造成的動(dòng)作，結(jié)果檢查氣體繼電器時(shí)有220mL 左右氣體。當(dāng)瓦斯繼電器動(dòng)作后，如果不能明確判別是不是變壓器內(nèi)部故障所致，應(yīng)通過鑒別氣體的性質(zhì)作進(jìn)一步判斷。觀察氣體繼電器內(nèi)的氣體顏色及試驗(yàn)其是否可燃，專業(yè)人員對(duì)集氣盒中的氣體進(jìn)行了試驗(yàn)分析。這些氣體無色、無味并且不可燃，通過色譜分析可以判斷為空氣。并采集了氣體做油中溶解氣體和水分分析，試驗(yàn)合格未發(fā)現(xiàn)異常；同時(shí)觀察變壓器油色譜離線并在線監(jiān)測數(shù)據(jù)均未發(fā)現(xiàn)異常。

1.2 現(xiàn)場試驗(yàn)檢查結(jié)果

變壓器的輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作，一般作用于信號(hào)，以表示變壓器運(yùn)行異常。在實(shí)際運(yùn)行中變壓器發(fā)出“有載輕瓦斯動(dòng)作”信號(hào)的常見原因有：密封不嚴(yán)使空氣進(jìn)入變壓器；有載調(diào)壓油枕中油面低于輕瓦斯浮筒；變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生氣體；發(fā)生穿越性短路時(shí)輕瓦斯動(dòng)作；氣體繼電器或二次回路故障；氣體繼電器誤動(dòng)作；油的耐壓下降導(dǎo)致滅弧能力下降，使產(chǎn)生的氣體量增大；氣體繼電器至開關(guān)油枕處的連接管傾斜度達(dá)不到要求，造成氣體不能正常排出[3]。

變壓器內(nèi)部故障時(shí)主要通過瓦斯保護(hù)來切除，除此之外瓦斯保護(hù)對(duì)變壓器一些常見的內(nèi)部故障如：匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏地工作[4]。以開口杯擋板式氣體繼電器為例，正常情況下，瓦斯繼電器中充滿了油，當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，產(chǎn)生少量氣體聚集在氣體繼電器上部，迫使氣體繼電器內(nèi)的油面下降，使開口杯露出油面，因物體在氣體中比在油中收到的浮力小，因此開口杯失去平衡，繞軸落下，永久磁鐵隨之落下，接通干簧觸點(diǎn)，發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)，當(dāng)變壓器漏油時(shí)，同樣由于油面下降而發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作信號(hào)。

通過輕瓦斯動(dòng)作原理及該站信號(hào)、現(xiàn)場分析判斷，瓦斯繼電器中有200mL 氣體發(fā)出“輕瓦斯動(dòng)作”告警信號(hào)為正常動(dòng)作信號(hào)。

針對(duì)該主變壓器頻繁發(fā)生“調(diào)壓輕瓦斯動(dòng)作”動(dòng)作信號(hào)，查找相應(yīng)的可能發(fā)生動(dòng)作信號(hào)的部位，其產(chǎn)氣原因均未能具體找到，為了查找產(chǎn)氣原因，對(duì)該主變有載調(diào)壓分接開關(guān)進(jìn)行吊芯檢查。

對(duì)有載分接開關(guān)呼吸器硅膠進(jìn)行檢查，未見變色現(xiàn)象；對(duì)有載分接開關(guān)瓦斯繼電器進(jìn)行檢查，從觀察窗進(jìn)行觀察未見氣體，從瓦斯繼電器排氣孔可以排出少量氣體，有載分接開關(guān)本體排氣孔也排出少量氣體，這些氣體通過試驗(yàn)分析判斷均為空氣。

高壓試驗(yàn)專業(yè)在吊芯前、后對(duì)該主變進(jìn)行了直流電阻和分接開關(guān)特性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。同時(shí)對(duì)該主變有載分接開關(guān)絕緣油進(jìn)行了油耐壓測試，吊芯前為55kV，吊芯后為53kV，試驗(yàn)合格。檢修專業(yè)人員對(duì)有載分接開關(guān)進(jìn)行吊芯檢查，發(fā)現(xiàn)了以下問題：第一，有載分接開關(guān)靜觸頭出現(xiàn)放電燒傷痕跡；第二，有載分接開關(guān)內(nèi)部存在碳化物；第三，油枕至分接開關(guān)油管坡度不滿足要求，造成氣體繼電器內(nèi)存留氣體。

經(jīng)檢查測量發(fā)現(xiàn)油枕至分接開關(guān)一段油管過于水平，坡度不滿足要求，檢測實(shí)際運(yùn)行坡度0.083%，造成回油不暢通，使氣體存留在瓦斯繼電器內(nèi)。圖1為現(xiàn)場測量的管道數(shù)據(jù)圖。

圖1 管道數(shù)據(jù)圖

1.3 故障原因分析

變壓器有載分接開關(guān)在正常運(yùn)行時(shí)，在檔位切換時(shí)有一個(gè)燃弧過程，電弧在油中燃燒就會(huì)產(chǎn)生較多的氣體，這是原因之一，分接開關(guān)產(chǎn)氣原因有如下幾點(diǎn)。

第一，有載分接開關(guān)絕緣油的絕緣強(qiáng)度下降。對(duì)有載分接開關(guān)室內(nèi)油取樣進(jìn)行絕緣油試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)合格。

第二，分接開觸頭接觸不良。當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致觸頭過熱，進(jìn)而導(dǎo)致絕緣油分解氣體[5]。

第三，有載分接開關(guān)調(diào)檔。分接開關(guān)調(diào)檔是釋改變變壓器繞組的匝數(shù)比來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行于不同檔位。在調(diào)節(jié)匝數(shù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧，隨后在油中燃燒后分解形成氣泡，隨著氣泡中分解的氣體增加達(dá)到輕瓦斯動(dòng)作的值，主變就會(huì)發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作的報(bào)警信號(hào)。主變負(fù)荷電流大時(shí)產(chǎn)生的氣泡也會(huì)比電流小的時(shí)候大，氣泡大了就會(huì)使氣體的產(chǎn)生量增多。運(yùn)行正常的分接開關(guān)，負(fù)荷較大（負(fù)載電流In ﹥450A），切換次數(shù)越多，瓦斯繼電器報(bào)警越頻繁[6]。反之負(fù)荷較小，開關(guān)動(dòng)作次數(shù)少，繼電器報(bào)警的頻率也就低，間隔時(shí)間長。

第四，油室內(nèi)存在局部放電源。變壓器有載分接開關(guān)存在大量碳化物，碳化物在電場作用下產(chǎn)生局部放電，使有載分接開關(guān)絕緣油產(chǎn)生氣體。

第五，油枕至分接開關(guān)油管角度不滿足要求。變壓器油枕至分接開關(guān)油管角度不滿足要求，可能造成回油管路不暢通，使氣體存留在瓦斯繼電器內(nèi)。

1.4 故障原因判斷

通過以上的故障原因分析，變壓器試驗(yàn)和絕緣油試驗(yàn)，有載分接開關(guān)特性試驗(yàn)合格。有載分接開關(guān)內(nèi)部存在碳化物并不是有載分接開關(guān)氣體繼電器動(dòng)作、告警的原因。

通過綜合分析該變壓器頻繁發(fā)生“有載輕瓦斯動(dòng)作”的主要原因?yàn)橛驼碇练纸娱_關(guān)油管角度，變壓器油枕至分接開關(guān)一段油管過于水平，角度不滿足要求，可能造成回油管道不暢通。有載分接開關(guān)在正常運(yùn)行時(shí)，在調(diào)檔切換時(shí)有一個(gè)燃弧過程，電弧在油中燃燒會(huì)產(chǎn)生氣體，因油路管道安裝不規(guī)范，氣體釋放通道不正常，部分氣體沒有有效途徑排出，存留在瓦斯繼電器內(nèi)。分接開關(guān)每動(dòng)作一次產(chǎn)生的氣體會(huì)有部分存留在瓦斯繼電器內(nèi)，當(dāng)達(dá)到一定動(dòng)作次數(shù)，瓦斯繼電器內(nèi)聚集的氣體量就達(dá)到輕瓦斯動(dòng)作告警的臨界值，此時(shí)就會(huì)造成瓦斯繼電器輕瓦斯動(dòng)作告警。

2 解決措施

通過對(duì)該變壓器有載分接開關(guān)吊芯檢查，從高壓試驗(yàn)、油化、檢修三個(gè)方面對(duì)變壓器有載分接開關(guān)進(jìn)行詳細(xì)檢查，主要對(duì)該主變有載分接開關(guān)進(jìn)行了直流電阻和分接開關(guān)特性試驗(yàn)、絕緣油耐壓測試、油中溶解氣體分析，以及檢查是否存在放電點(diǎn)、觸頭松動(dòng)、過渡電阻，以及絕緣板等。并用試驗(yàn)合格絕緣油對(duì)分接開關(guān)反復(fù)沖洗，徹底清理金屬屑和碳化物；緊固各部位螺栓，消除金屬導(dǎo)電件尖端，避免出現(xiàn)尖端放電。

而引起該變壓器“有載輕瓦斯動(dòng)作”的主要原因是油枕至分接開關(guān)油管角度問題，要在原來的基礎(chǔ)使油管至油枕的坡度達(dá)到規(guī)定的值，變壓器安裝標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，新安裝變壓器大蓋坡度為1%～1.5%，油枕連接管坡度為2%～4%，油浸式變壓器裝有氣體繼電器時(shí)，頂蓋應(yīng)沿氣體繼電器方向的升高坡度為1%～1.5%，通過計(jì)算坡度使其滿足要求的值范圍，最終采用在垂直管道上剪切掉20mm 的方法，從而達(dá)到抬升油管道使其坡度滿足要求。圖2為改裝后的管道數(shù)據(jù)圖。

圖2 油管改裝后數(shù)據(jù)

通過該方法進(jìn)行改裝處理后，管道靠油枕端的垂直高度提升了18mm，達(dá)到195mm，經(jīng)過測算，該段油管的水平角度為1度，水平坡度為1.76%，滿足要求。保證有載分接開關(guān)在調(diào)檔切換時(shí)，電弧在油中燃燒產(chǎn)生氣體釋放通道正常，氣體不會(huì)存留在瓦斯繼電器內(nèi)，致變壓器發(fā)出“有載調(diào)壓輕瓦斯動(dòng)作”信號(hào)。最終解決了該站220kV 主變頻繁發(fā)“有載調(diào)壓輕瓦斯動(dòng)作”信號(hào)的問題。

3 結(jié)語

在實(shí)際運(yùn)行中可能引起變壓器“有載輕瓦斯動(dòng)作”的原因很多，要保障變壓器的正常運(yùn)行就要在日常運(yùn)行中加強(qiáng)運(yùn)維。第一，對(duì)新投入運(yùn)行的變壓器，運(yùn)行人員要加強(qiáng)觀察有載分接開關(guān)氣體繼電器內(nèi)氣體積累情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)專業(yè)人員分析處理；第二，對(duì)運(yùn)行中的變壓器有載調(diào)壓裝置進(jìn)行全面巡視維護(hù)，如瓦斯繼電器是否漏油、滲油，閥門是否開啟正確，油枕油位是否正確，變壓器呼吸器是否正常暢通等；第三，加強(qiáng)有載分接開關(guān)在線濾油裝置管理，降低絕緣油中雜質(zhì)含量，定期對(duì)絕緣油進(jìn)行取樣試驗(yàn)等。