一起220 kV主變內部過熱性故障判斷和處理

汪小紅，吳 勇，袁軍芳

一起220 kV主變內部過熱性故障判斷和處理

汪小紅，吳 勇，袁軍芳

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司工程管理部，安徽馬鞍山243000）

通過對一起發生在馬鋼公司的220 kV變壓器內部發熱故障處理的總結，提出了現場處理變壓器內部發熱故障的方法。

變壓器；過熱性故障；油色譜分析

1 引言

變壓器過熱性故障占變壓器故障的比例較大，是變壓器安全運行的隱患，嚴重時會造成變壓器永久性損壞。過熱性故障包括接點接觸不良、磁路故障、導體故障等，而預測分析變壓器內部故障是確保安全性供電的一項重要的技術措施。實踐證明，對變壓器進行紅外成像檢測，通過分析變壓器油中分解氣體，是不停電發現變壓器內部過熱性故障的有效手段。本文結合馬鋼現場實例，介紹變壓器內部過熱性故障判斷的依據和方法。

2 問題的提出

馬鋼高爐變電所給兩座2500 m3高爐和一座100 t電爐及其輔助系統提供電源，共有220 kV主變3臺，其中3#主變容量為180 MVA，該臺變壓器投運于2011年，所帶負荷為100 t電爐沖擊負荷。2013年9月在油色譜試驗中發現其總烴和乙炔超過國家標準要求，為此對變壓器每隔一個月進行一次油色譜監測，通過連續的監測發現此臺變壓器存在內部發熱故障。

該變壓器2013年9月油色譜測試數據見表1。

表1 2013年油色譜分析數據

變壓器正常運行時，其內部絕緣油與固體絕緣材料產生少量的氫、低分子烴類氣體和碳的氧化物等。當發生過熱性故障時，熱點只影響到絕緣油的分解而不涉及固體絕緣、裸金屬，過熱性故障，油中產生的氣體主要以甲烷和乙烯為特征氣體，，當故障點溫度較低時，甲烷占得比例大，隨著熱點溫度的升高（高于500℃），乙烯、氫含量急劇增加，比例增大。當嚴重過熱（高于700℃）時，會產生少量乙炔，涉及固體絕緣的過熱性故障，除產生上述低分子烴類氣體外，還產生較多的CO和CO2。因此可按照GB/T 7252-2001變壓器油中熔接氣體分析和判斷導則進行分析判斷，過熱故障按照其故障溫度分為低溫過熱（低于300℃）、中溫過熱（300～700℃）和高溫過熱（高于700℃）。

通過對2009年9月油色譜數據進行三比值法判斷，此臺變壓器為高溫過熱（高于700℃）故障，見表2。

表2 三比值法分析

故障類型：高溫過熱（高于700℃）。

故障實例：分接開關接觸不良，引線夾件螺絲松動或接頭焊接不良，渦流引起銅過熱，鐵芯漏磁，局部短路，層間絕緣不良，鐵芯多點接地等。

3 異常原因初步分析

通過分析該變壓器的運行情況，產生高溫過熱可能的原因有：

3.1 變壓器現場安裝過程中可能的疏忽

2011年5月29日出廠試驗報告中低壓繞組的直流電阻測試（Rab=11.712；Rbc=11.712；Rca=11.759）與2011年9月14日現場交接試驗中低壓繞組直流電阻測試（Rab=10.78；Rbc=11；Rca=10.83）對照，由于現場交接試驗沒有記錄現場溫度，雖然不同溫度下電阻的絕對值不同，但第一次測試中三相電阻的差值，與第二次測試的差值應有可比性。

現在問題是基于這兩次試驗數據的對比分析有異常情況。例如，出廠試驗中Rca的電阻最大，與Rbc的差值為0.32 mΩ。但在交接試驗中Rbc的電阻最大，與Rca的差值為-0.17 mΩ，二次試驗數據差值的絕對偏差為0.49 mΩ，相對誤差為5%，造成上述偏差的原因大致有兩種可能：

（1）現場安裝時，套管和引線的螺栓連接部位緊固不到位。

（2）現場交接試驗時，直流電阻測試儀測試數據不穩定。

3.2 沖擊負荷引發的異常

該變壓器所帶最主要負荷為100 MVA電爐變，由于電爐變頻繁工作在沖擊負荷、操作過電壓、高次諧波等惡劣的工況下，做為電爐變的上級主變，該變壓器的器身也不可避免地頻繁遭受電磁力和異常震動。變壓器內部引線連接、冷壓焊接、開關觸頭、鐵芯拉桿、鐵芯或夾件接地絕緣等可能存在瑕疵，主變投運后，這個瑕疵隨時間由量變到質變，引發高溫過熱現象。

3.3 異常應與變壓器設計和內部線圈無關

從該主變投運前期油色譜檢測正常的狀況來看，變壓器應不存在渦流引起銅過熱，鐵芯漏磁引起過熱、線圈內部過熱等設計錯誤導致的先天缺陷。后面出現的過熱，最大可能應發生在器身外部的引線部分、或鐵芯（夾件）多點接地。

4 故障的確定

經過和變壓器生產廠家溝通，于2013年10月對變壓器進行內部檢查，以進一步確認故障原因。

在對變壓器進行放油后，檢查有載調壓機構，通過打開手孔和人孔，檢查變壓器內部情況后發現變壓器高壓C相套管引線安裝質量造成，在現場安裝時，引線和變壓器套管沒有全面接觸，造成在大負荷運行時發熱，致使變壓器油色譜超標。套管端頭放電處如圖1所示。

處理前后高壓套管直流電阻數據見表3。

圖1 變壓器高壓側套管端頭處放電圖

表3 處理前后高壓套管直流電阻數據

該變壓器檢修消缺投運后，經油色譜分析，變壓器內部過熱故障消除。

5 結束語

通過馬鋼現場的實踐證明，油中溶解氣體色譜分析是檢測變壓器內部過熱性故障的有效方法，由于變壓器內部過熱性故障形成和故障部位及故障種類較多，要準確判斷變壓器過熱性故障的部位和性質，有賴于對設備內部結構和運行狀態的全面掌握，此外還要進行直流電阻、電壓比、空載試驗等，并結合歷次色譜分析數據進行比較分析，以達到及時準確發現缺陷，消除故障，確保變壓器長周期安全穩定運行的目的。

The Judgment and Treatment of an Internal Overheating Fault in a 220 kV Main Transformer

WANG Xiaohong，WU Yong，YUAN Junfang
(The Project Management Department of Masteel,Maanshan,Anhui 243000,China)

Through summarizing of the treatment of an internal overheating fault in a 220 kV transformer at Masteel,a method for on-site handling of such overheating faults in transformers is put forward.

transformer;overheating fault;oil chromatogram analysis

TM41

B

1006-6764(2014)10-0009-02

2014－06－12

汪小紅（1963－），女，1981年畢業與銅陵有色金屬工業學校，工程師，現從事電氣管理工作。