一起罕見的500 kV主變總烴異常缺陷分析

萬勛，劉赟，劉興文，秦家遠(yuǎn)，萬元，江珉，趙世華，謝耀恒

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.五凌電力有限公司五強(qiáng)溪水電廠，湖南懷化419600)

一起罕見的500 kV主變總烴異常缺陷分析

萬勛1，劉赟1，劉興文1，秦家遠(yuǎn)1，萬元2，江珉2，趙世華1，謝耀恒1

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007；2.五凌電力有限公司五強(qiáng)溪水電廠，湖南懷化419600)

文章記錄了一起500 kV主變總烴異常缺陷從出現(xiàn)至發(fā)展的跟蹤全過程。其間對(duì)該主變進(jìn)行了試驗(yàn)及內(nèi)檢等多次診斷，但檢測(cè)結(jié)果無法準(zhǔn)確符合任一缺陷特征，最終經(jīng)過逐一排除后確定了缺陷原因，并通過解體檢查驗(yàn)證了分析。

繞組；股間短路；變壓器油；總烴

變壓器繞組的股間短路是十分罕見的缺陷。在出現(xiàn)此類缺陷時(shí)，通常只反映出油中溶解氣體含量明顯升高，呈現(xiàn)過熱性故障特征，但各種常規(guī)甚至特殊試驗(yàn)結(jié)果不會(huì)有明顯變化，難以準(zhǔn)確判斷缺陷性質(zhì)。某電廠500 kV 2號(hào)主變?cè)诎l(fā)現(xiàn)總烴異常升高后，由于時(shí)值豐水期，主變帶病在運(yùn)行。在運(yùn)行期間，對(duì)主變進(jìn)行了多次會(huì)診，分析了繞組、鐵芯、夾件、分接開關(guān)、磁屏蔽等可能造成主變過熱缺陷的部位，最終確認(rèn)了主變?nèi)毕菰颉２⒃谥髯兂霈F(xiàn)輕瓦斯信號(hào)后診斷主變不適合繼續(xù)投運(yùn)，在缺陷擴(kuò)大前停運(yùn)。

1 發(fā)現(xiàn)故障及跟蹤分析

某年1月15日，湖南某電廠500 kV 2號(hào)主變?cè)诔Ｒ?guī)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)油中總烴達(dá)到597 μL/L，并出現(xiàn)乙炔1.4 μL/L，三比值法計(jì)算結(jié)果為022，缺陷性質(zhì)為高溫過熱，色譜數(shù)據(jù)見表1；該主變型號(hào)為SSP300000/500，額定電壓550－2×2.5/15.75 kV，1995年3月出廠。發(fā)現(xiàn)異常后，對(duì)主變進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)，絕緣電阻、直流電阻、電壓變比、介質(zhì)損耗及電容量、繞組頻響試驗(yàn)，結(jié)果均合格；主變進(jìn)人內(nèi)檢，對(duì)引線、分接開關(guān)表面、高壓繞組表面及上、下鐵芯可見部分進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯放電或發(fā)熱痕跡；開啟油泵24 h后進(jìn)行油色譜檢查，色譜未見明顯變化，并對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行了檢查，確認(rèn)了總烴上升現(xiàn)象并非油泵造成。由于以現(xiàn)有檢查情況無法準(zhǔn)確判斷色譜異常原因、變化趨勢(shì)及缺陷是否仍然存在。決定將主變?yōu)V油后復(fù)電，并進(jìn)行跟蹤分析，1月30日，主變恢復(fù)運(yùn)行。

表1 2號(hào)主變油色譜試驗(yàn)結(jié)果μL/L

濾油后對(duì)主變進(jìn)行了24 h的空載，總烴從7.88 μL/L上升至8.93 μL/L，但由于可能存在回溶現(xiàn)象，較短的時(shí)間無法確定鐵芯是否存在缺陷。由于水位壓力，電廠決定將主變帶負(fù)載運(yùn)行。

此后，該主變總烴始終呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，圖1所示為1月30日復(fù)運(yùn)至3月20日該變壓器日平均負(fù)荷及總烴含量變化趨勢(shì)。在此期間，色譜三比值法結(jié)果始終為022，呈高溫過熱缺陷特征。

圖1 總烴及負(fù)荷變化情況

2 第2次停電檢查

3月28日，該主變總烴明顯增長(zhǎng)，并出現(xiàn)乙炔；對(duì)主變進(jìn)行了第2次停電，進(jìn)行直流電阻、電壓比、介質(zhì)損失、短路阻抗、空載損耗、頻響、局部放電等試驗(yàn)，空載損耗160 kW，與銘牌值157 kW接近，其余試驗(yàn)也無明顯異常。但局放試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)A相局部放電量達(dá)到2 300 pC，B，C相分別為260 pC，240 pC。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，該主變鐵芯未出現(xiàn)嚴(yán)重的老化或絕緣缺陷，A相繞組存在絕緣缺陷，但油色譜三比值法顯示故障為高溫過熱，因此該絕緣缺陷并非造成油中總烴升高直接原因。

再次進(jìn)行了主變內(nèi)檢，范圍包括高、低壓引線，高壓繞組、鐵芯可見部分，夾件等部位，對(duì)磁屏蔽進(jìn)行逐一檢查并測(cè)試對(duì)地絕緣，雖發(fā)現(xiàn)數(shù)處多點(diǎn)接地現(xiàn)象，但未發(fā)現(xiàn)明顯發(fā)熱部位，并對(duì)A相進(jìn)行了重點(diǎn)檢查，但內(nèi)部行動(dòng)受限，仍未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷點(diǎn)。此時(shí)仍無法確認(rèn)主變?nèi)毕菰颍韵略蚓嬖诳赡?(1)無載分接開關(guān)接頭接觸不良；(2)引線脫焊、虛焊導(dǎo)致發(fā)熱；(3)鐵芯片間、極間短路；(4)磁屏蔽多點(diǎn)接地；(5)繞組存在局部損傷。值得注意的是，此時(shí)CO及CO2含量雖仍未明顯增長(zhǎng)，但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了局放信號(hào)，存在繞組絕緣缺陷的可能。

將該主變?yōu)V油并降低負(fù)荷至200 MVA左右后恢復(fù)運(yùn)行。投運(yùn)后，主變總烴增長(zhǎng)速度較此前有所放緩；至4月21日，再次出現(xiàn)乙炔，并且總烴發(fā)生突變，之后再次調(diào)低負(fù)荷，降至180 MVA左右，總烴增長(zhǎng)速度也隨之稍稍變緩。第2次停電前后色譜跟蹤情況如表2所示。

3 主變退出運(yùn)行

5月11日，主變總烴、乙炔及氫氣出現(xiàn)突變，于5月12日1時(shí)50分輕瓦斯發(fā)信號(hào)，由于此前根據(jù)調(diào)度要求將輕瓦斯信號(hào)投為跳閘，主變跳開。停電后再次對(duì)主變進(jìn)行各項(xiàng)常規(guī)試驗(yàn)，變壓器電壓比、短路阻抗、電容量及介損等項(xiàng)目測(cè)試結(jié)果仍無異常，但發(fā)現(xiàn)直流電阻數(shù)據(jù)三相互差出現(xiàn)增大，跟蹤期間及近年歷史測(cè)試數(shù)據(jù)見表3。

表2 濾油投運(yùn)后主變總烴跟蹤情況

表3 主變直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

由于內(nèi)檢未發(fā)現(xiàn)明顯異常，將主變投運(yùn)進(jìn)行了負(fù)載試運(yùn)行:將主變高壓繞組短接，利用發(fā)電機(jī)從低壓側(cè)施加電壓，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)電流達(dá)到6 500 A(約60%額定電流)時(shí)，輕瓦斯再次動(dòng)作，因此決定將主變退運(yùn)進(jìn)行解體檢查。

4 缺陷原因分析

目前情況為:(1)主變內(nèi)部存在過熱性缺陷，且發(fā)熱程度與負(fù)荷大小相關(guān)；(2)內(nèi)檢未發(fā)現(xiàn)主變磁屏蔽異常，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部形成環(huán)流現(xiàn)象；(3)跳閘前繞組直流電阻、變比測(cè)試結(jié)果無異常；但輕瓦斯跳閘后直流電阻試驗(yàn)三相不平衡率增大，a－c相繞組直阻增大；(4)主變局部放電試驗(yàn)顯示A相繞組局部放電達(dá)到2 300 pC，但內(nèi)檢時(shí)未發(fā)現(xiàn)高壓繞組表面異常；(5)空載試驗(yàn)結(jié)果正常，主變鐵芯應(yīng)無明顯老化或大面積絕緣缺陷；(6)主變空載時(shí)總烴也有緩慢增長(zhǎng)現(xiàn)象，但空載時(shí)間較短，無法確認(rèn)增長(zhǎng)是鐵芯異常還是回溶造成的。

綜合上述現(xiàn)象分析，該主變總烴增長(zhǎng)速率與負(fù)荷呈相關(guān)性，可判斷故障存在于電氣回路或漏磁回路；主變直阻、變比測(cè)試結(jié)果始終未出現(xiàn)明顯變化，可判斷未出現(xiàn)繞組匝間短路或分接開關(guān)接觸不良等缺陷；磁屏蔽及變壓器夾件等部位未見異常，可排除漏磁在這些部位形成過熱的可能；空載試驗(yàn)結(jié)果正常，鐵芯應(yīng)未出現(xiàn)大面積短接或老化；A相繞組局部放電量達(dá)到2 300 pC且高壓繞組內(nèi)檢時(shí)未見異常，主變跳閘后低壓a－c相繞組與其它兩相互差變大，故障更有可能存在于A相低壓繞組中。因此，此時(shí)僅剩下一種可能，主變內(nèi)部發(fā)生了罕見的繞組股間短路故障，且故障部位應(yīng)位于低壓a－c繞組中。

查詢國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)此類案例僅有幾起，通常具有以下特點(diǎn):直流電阻等常規(guī)試驗(yàn)結(jié)果無異常、內(nèi)檢未發(fā)現(xiàn)異常、總烴呈過熱缺陷特征且持續(xù)增長(zhǎng)、油中CO，CO2含量無明顯變化〔1－5〕。

肉糜腌制好即可放入斬拌機(jī)中，加適量冰水?dāng)匕瑁焖偬砑涌ɡz、雞皮、白糖、食鹽、味精、胡椒粉、生姜、抗壞血酸、紅曲紅色素和香精等，斬拌5min后再加入大豆蛋白、黑米、玉米淀粉、乙酰化雙淀粉磷酸酯以及余下的添加劑和調(diào)味料，再快速斬拌5min后調(diào)節(jié)中速度攪拌均勻即可。可加碎冰防止溫度升高，但要防止肉餡變稀，出鍋溫度控制5℃以下。

7月8日，將主變進(jìn)行解體檢查，主變高壓繞組、分接開關(guān)及鐵心均未見嚴(yán)重放電或發(fā)熱缺陷，在對(duì)低壓繞組進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)繞組63和65餅處有兩處繞組已燒熔形成銅珠，與相鄰餅間距離靠近，并在63餅處向上可見明顯放電痕跡，并在燒熔處附近存在斷股繞組。此次檢查證實(shí)了此前的分析，該主變低壓繞組股間短路是導(dǎo)致變壓器持續(xù)存在過熱缺陷的主要原因:股間短路導(dǎo)致?lián)Q位導(dǎo)線間漏磁產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)不能完全補(bǔ)償，因此漏磁在短路點(diǎn)及繞組端部的閉環(huán)內(nèi)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)形成環(huán)流，造成繞組持續(xù)發(fā)熱使繞組變形甚至燒熔，最終導(dǎo)致絕緣故障，輕瓦斯動(dòng)作。由于漏磁大小與變壓器負(fù)載呈相關(guān)性，因此該變壓器色譜變化速率始終與負(fù)載大小正相關(guān)。

圖2 故障點(diǎn)

圖3 繞組斷股

在對(duì)鐵芯進(jìn)行耐壓時(shí)發(fā)現(xiàn)存在一處極間絕緣缺陷，導(dǎo)致該主變?cè)诳蛰d或低負(fù)載運(yùn)行時(shí)，同樣存在發(fā)熱缺陷，總烴緩慢增長(zhǎng)，使故障判斷更為困難。

5 總結(jié)

1)如主變油色譜反應(yīng)主變內(nèi)部存在過熱缺陷，除考慮常見的原因外，應(yīng)考慮繞組股間短路的可能；

2)變壓器存在股間短路時(shí)，發(fā)熱是由漏磁引起，因此色譜變化情況通常與負(fù)荷呈相關(guān)性；

3)存在股間短路的變壓器，直流電阻、電壓比等檢測(cè)結(jié)果通常不會(huì)有明顯異常，難以通過試驗(yàn)手段發(fā)現(xiàn)；

4)通常該類故障由于內(nèi)部溫度較高，絕緣紙將迅速碳化，且發(fā)熱面積較小，CO，CO2不會(huì)有顯著增長(zhǎng)，容易使人誤判為固體絕緣不存在缺陷；

5)低壓繞組由于并聯(lián)股數(shù)較多，在可查案例中發(fā)生股間短路的概率更高。

〔1〕錢慶林，逯懷東，萬春，等.一起典型變壓器繞組股間短路跟蹤分析及處理〔J〕.高壓電器，2003，39(6):66-68.

〔2〕陳壘，韓金華，魏韜，等.一起220 kV主變罕見故障的分析處理〔J〕.河南電力，2008(1):23-25.

〔3〕潘宗寶，常尚波，張常玉，等.一起典型變壓器繞組股間短路故障的分析及處理〔J〕.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2013(5): 47-48.

〔4〕常揮，孫立時(shí)，姚纓英，等.電力變壓器線圈股間短路現(xiàn)象的研究〔J〕.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(1):33-35.

〔5〕姚纓英，常揮.電力變壓器繞組股間短路的試驗(yàn)判定法〔J〕.變壓器，2002，39(7):16-19.

Analysis of an unusual defect of total hydrocarbon for 500 kV main transformer

WAN Xun1，LIU Yun1，LIU Xingwen1，QIN Jiayuan1，WAN Yuan2，JIANG Min1，ZHAO Shihua1，XIE Yaoheng1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.Wuling Power，LTD.Wuqingxi Hydropower Plant，Huaihua 419600，China)

This paper introduces the whole process of abnormal increase of the total hydrocarbon for a 500 kV transformer.In this period，the transformer was tested and internal inspection was conducted several times，but the results could not accurately match the any defects characteristics.After excluding the possible reasons one by one，the cause of defects was finally found and verified by the disintegration.

windings；strand-to-strand short circuit；transformer oil；total hydrocarbon

TM761.2

B

1008-0198(2016)01-0049-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.014

2015-05-05 改回日期:2015-12-04