220 kV變壓器瞬間短路故障原因分析及處理措施

張利燕，張樹亮，陳志勇，張若飛，楊彥肖

(1.河北省電力公司電力科學研究院，石家莊 050021；2.河北滄州供電公司，河北 滄州 061001)

固體絕緣是保障變壓器安全運行的重要因素之一，固體絕緣缺陷可能造成變壓器損壞甚至燒損的事故。以下通過變壓器油色譜數據，及時發現一起變壓器瞬間短路故障, 通過試驗分析和吊罩處理，避免更嚴重故障的發生，保證設備安全運行。

1 油色譜監測數據分析

某變電站220 kV變壓器，型號為SFPSZ10-180000/220，總油量為43.9 t，由保定天威保變電氣股份有限公司生產，2006年7月出廠，11月投運，設備一直正常運行，未發現異常現象。

2011年5月，色譜監測數據正常，變壓器油中乙炔(C2H2)的體積分數為0 μL/L。2011年7月27日，在例行試驗中，發現變壓器油中溶解氣體乙炔的體積分數增加至3.51 μL/L，其他氣體的體積分數也有增加，烴類甲烷(CH4)的體積分數增幅最大，增加至9.47 μL/L。隨后加強色譜監測，乙炔的體積分數逐漸增加至7.00 μL/L左右，其他氣體的體積分數基本穩定。2012年3月24日，在線監測裝置發現變壓器油中乙炔的體積分數由7.20 μL/L增加至27.93 μL/L，超過注意值[1]，除CO、CO2外，其他氣體的體積分數也相應增加。變壓器油色譜數據見表1。

表1 變壓器油色譜數據 μL·L-1

日期φ(CH4)φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)2011-05-265.380.350.3602011-07-279.472.021.023.512011-08-2510.252.592.254.952011-09-2910.783.582.055.912011-11-1810.983.851.816.102011-12-2310.444.211.826.692012-03-1910.904.401.907.202012-03-2415.0512.714.4027.932012-04-2517.2012.103.7127.802012-05-1915.2013.204.3327.002012-06-2115.6013.604.2830.50日期φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(總烴)2011-05-2631.52190.77540.016.092011-07-2724.34264.24831.4316.292011-08-2534.56288.15715.5819.042011-09-2939.57301.04738.3622.322011-11-1837.80377.60685.3022.712011-12-2329.70225.69633.8323.162012-03-1933.82258.06548.5024.502012-03-2465.07244.27670.6260.092012-04-2578.00259.00705.0057.812012-05-1991.50254.00683.0059.002012-06-2190.50271.00708.0063.98

以表1中2011年12月23日和2012年3月24日數據為基數，以20 ℃時變壓器油的密度0.895 kg/m3進行估算，計算可得變壓器油中乙炔的絕對產氣速率[2]11.6 mL/d，相對產氣速率[2]105.8%，遠超注意值0.2 mL/d和10%。按照DL 722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》推薦的三比值法[2]，計算三比值編碼為“101”，判斷為局部放電故障。2012年6月21日，變壓器油中乙炔的體積分數為30.50 μL/L，達注意值(5 μL/L)6倍以上，氫氣的體積分數最高為90.50 μL/L，甲烷、乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)的體積分數最高不超過20 μL/L，總烴的體積分數最高不超過70 μL/L。根據色譜數據特點、三比值、產氣速率計算結果綜合判斷，該故障為細小高能量局部放電，放電通道中溫度很高導致絕緣油分解，產生乙炔并迅速增加，但同時放電為細小放電，熱量很快被周圍絕緣油吸收，引起溫升并不高，因此甲烷、乙烯、乙烷增幅并不大，故判斷為瞬時局部放電。根據估算，故障點的溫度在673～686 ℃[3]。

2 故障原因分析

2.1 電氣試驗分析

2011年7月27日，在變壓器油中乙炔的體積分數出現第1次跳變后進行油位、潛油泵檢查，鐵心接地電流監測，以及局部放電、高頻局部放電試驗，未發現明顯放電信號。油箱液位檢查，變壓器本體油位一直指示在本體油箱60%位置，有載油位持續指示在儲油柜50%位置，油位沒有變化，對油枕進行紅外測溫，未見油位變化，排除分接開關油箱向本體油箱內漏引起油色譜超標的可能性；潛油泵啟動檢查，潛油泵手動運行1 h并進行色譜分析，乙炔的體積分數沒有明顯變化，可以排除潛油泵繞組短路故障的可能；對該變壓器鐵心接地電流測試，為0.6 mA，說明設備鐵心沒有多點接地的缺陷。

2011年8月16日，對變壓器進行超聲波局部放電檢測，未發現明顯局部放電信號。2011年8月進行高頻局部放電帶電檢測，共檢測到兩類信號(分類圖譜中的Ⅰ簇和Ⅱ簇)如圖1所示。Ⅰ簇信號具備一定相位特征，放電平均幅值為96 mV，該信號放電圖譜不具備局部放電信號圖譜特征，且放電波形無局部放電波形特征，如圖2所示。Ⅱ簇信號具備明顯相位特征，信號平均幅值為120 mV，該信號放電圖譜具備局部放電信號圖譜特征，但放電波形無局部放電波形特征，如圖3所示。此外對測試點相鄰的變壓器測試，同樣測得該類信號，因此判斷該類信號為尾部干擾信號。

2012年3月19日，對該變壓器停電檢修，檢查高中壓套管，進行例行試驗和耐壓及局部放電試驗，均未發現異常。2012年3月，該變壓器檢修投入運行后乙炔的體積分數發生第2次跳變。對該變壓器進行油位、潛油泵相關檢查，并進行鐵心接地電流監測，局部放電、高頻局部放電試驗，未發現異常。

(a) 完整圖譜 (b) 分類圖譜

圖1 高頻局部放電帶電檢測圖譜(整體)

(a) Ⅰ簇信號圖譜 (b) Ⅰ簇信號波形

(a) Ⅱ簇信號圖譜 (b) Ⅱ簇信號波形

圖3 高頻局部放電帶電檢測圖譜(Ⅱ簇)

2.2 變壓器吊罩檢查

2012年7月進行變壓器吊罩檢查。將變壓器外罩吊開后，發現固定U相分接引線的支架與圍屏表面發生局部放電故障，見圖4。在U相中壓側圍屏表面有樹枝狀放電痕跡，固定U相分接引線的支架上部、下部也有放電痕跡。在U相中壓側底部支架上發現掉落的膠墊殘條，膠墊殘條上有燒蝕痕跡。通過查找發現U相中壓側升高座底部法蘭膠墊部分缺損，通過復原發現掉落的膠墊殘條正是此處缺損的部分。法蘭膠墊及掉落的殘條，見圖5。

通過對變壓器吊罩檢查，認為變壓器安裝不良造成U相中壓側升高座底部法蘭膠墊受力不均勻，導致部分膠墊擠壓過度，在設備投入正常運行一段時間后，在設備啟動或運行過程中，外界的輕微干擾造成擠壓過度的U相中壓側升高座底部法蘭膠墊殘條掉落，恰好落到U相分接引線的支架上，與圍屏表面搭連，造成局部瞬時放電故障。

查閱記錄，2011年7月25日潛油泵啟動過1次7月27日乙炔的體積分數第1次跳變，分析認為變壓器受外界干擾的影響，使受到擠壓脆弱的膠墊殘條與法蘭膠墊脫離掉落到支架上，與圍屏表面搭連，造成局部瞬時放電，使乙炔的體積分數跳變。2012年3月24日乙炔的體積分數第2次跳變，分析認為在變壓器啟動、油溫變化等內外界環境的綜合影響下，膠墊殘條與圍屏表面第2次搭連，內部瞬時放電，造成乙炔的體積分數第2次跳變。第1、2次瞬時放電后，膠墊殘條與圍屏表面恰好未達到放電距離，變壓器內部沒有連續放電活動，此時電氣試驗正常。

圖4 支架與圍屏表面放電情況

圖5 法蘭膠墊及掉落的殘條

3 處理措施及效果

3.1 處理措施

a. 對變壓器U相中壓側圍屏放電部分進行局部切割，并進行修補，對中壓側分接引線等部分進行絕緣處理。

b. 更換變壓器U相中壓側升高座底部法蘭膠墊，如8圖所示。

圖6 變壓器圍屏局部修補示意

c. 對變壓器油箱進行濾油處理，直到絕緣油中特征氣體的體積分數為零為止。

3.2 處理效果

2012年7月3日變壓器檢修投運后，通過油色譜在線監測裝置對主變壓器的油色譜數據進行監測，數據見表2。

表2 主變壓器大修后色譜數據

日期φ(CH4)φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)2012-07-0300002012-07-040.65000.412012-07-060.820.2900.572012-07-192.100.4302.842012-08-272.140.4403.932012-09-101.980.3704.07日期φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(總烴)2012-07-0303.7885.6002012-07-040.875.26102.001.062012-07-060.955.62125.001.682012-07-192.2721.20186.005.372012-08-272.7329.40282.006.512012-09-102.8629.7281.006.42

在變壓器投運半個月后，2012年7月19日變壓器油中乙炔的體積分數達2.84 μL/L，2012年9月10日漲至4.07 μL/L，其他氣體也有所增加，低于注意值，這是由于吸附于絕緣紙板等部分的特征氣體緩慢析出的結果[1]。該變壓器經過半年的運行，吸附于絕緣紙板等部分的特征氣體與絕緣油達到動態平衡，油色譜數據已經基本穩定。2012年9月10日，色譜監測乙炔的體積分數為4.07 μL/L，基本穩定，設備運行正常。

4 結束語

通過油色譜數據發現設備異常情況，在線監測裝置第一時間捕捉到色譜數據跳變情況，確定設備放電缺陷，經過連續監測及試驗，吊罩檢查找到故障原因及部位，妥善處理，避免更嚴重故障的發生，保證了電網和設備安全。通過案例分析，說明油色譜數據分析以及在線監測裝置技術的成熟和應用，將有利于主變壓器狀態信息的掌握，及時發現變壓器的故障隱患，保證設備安全穩定運行。

參考文獻：

[1] Q/GDW 536-2010，變壓器油中溶解氣體在線監測裝置技術管理[S].

[2] DL/T 722-2000，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

[3] 曹敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京:中國電力出版社,2005.