一起500kV變壓器油乙炔超標(biāo)原因分析

福建省送變電工程有限公司 丁 蘇 陳章山 王 璐 方健安

一起500kV變壓器油乙炔超標(biāo)原因分析

福建省送變電工程有限公司 丁 蘇 陳章山 王 璐 方健安

變壓器在運(yùn)行過程中，由于過熱和放電故障，通常會產(chǎn)生乙炔，嚴(yán)重時導(dǎo)致設(shè)備損壞，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，本文針對寧德電業(yè)局管轄下的一臺500kV變壓器乙炔超標(biāo)原因分析，從理論上分析了本次事故的故障機(jī)理。分析認(rèn)為，主變套管拉桿膨脹量與其相互作用的鋁合金管膨脹量不一致，使其在自身溫度驟然變化較大時出現(xiàn)電氣接觸不可靠而產(chǎn)生間隙放電，放電引起變壓器油分解致使乙炔超標(biāo)。對此類故障進(jìn)行了詳細(xì)的分析總結(jié)，具有典型的指導(dǎo)意義。

變壓器；乙炔超標(biāo)；機(jī)理；間隙放電

1. 引言

變壓器絕緣油是由C16-C21的多種烴類組成的。這些烴類分子在熱能或電弧的作用下，發(fā)生斷鏈脫氫，形成新的烴類分子。一般認(rèn)為，絕緣油在300～800℃時，熱分解產(chǎn)生的氣體主要是低分子烷烴（甲烷、乙烷）和低分子烯烴（乙烯、丙烯），800℃以上高溫下發(fā)生熱解產(chǎn)物為乙炔[1]。因此，產(chǎn)生乙炔應(yīng)該引起足夠重視，以避免重大事故的發(fā)生。 產(chǎn)生乙炔的原因有一下幾點(diǎn)：

1.1 過熱故障

變壓器內(nèi)部大部分的過熱故障（如導(dǎo)線過電流、鐵芯局部短路、分解開關(guān)接觸不良等）主要產(chǎn)生氫氣和甲烷、乙烯、乙烷，高溫過熱會產(chǎn)生少量乙炔，油溫高于1000℃則乙炔較多。

1.2 電氣故障

如繞組絕緣擊穿、引線對地閃絡(luò)與分接開關(guān)飛弧，主要產(chǎn)生氫氣、乙炔，其次是乙烯、甲烷，繞組短路、大面積鐵芯短路等高能量電弧放電以及引線、觸頭接觸不良等火花放電，也會產(chǎn)生氫氣、乙炔。

1.3 有載調(diào)壓開關(guān)室的油、氣向變壓器本體漏油

一旦發(fā)現(xiàn)主變油中出現(xiàn)較多的乙炔，首先應(yīng)找出乙炔產(chǎn)生的原因。若屬內(nèi)部故障，應(yīng)根據(jù)故障性質(zhì)采取相應(yīng)措施，若故障特征不明顯，例如其他特征氣體含量均很小，則應(yīng)對乙炔的來源進(jìn)行排查。

2. 事故發(fā)生過程

2016年1月，寧德某500kV變電站2#聯(lián)變C相主體變輕瓦斯報(bào)警，稍后監(jiān)測油樣出現(xiàn)乙炔異常情況，且乙炔含量持續(xù)顯著增加，具體情況見表1。

表1 事故前后的油樣色譜數(shù)據(jù)對比

為了查找油中溶解氣體增長的原因，從多個方面對該設(shè)備進(jìn)行了考查。通過對有載調(diào)壓開關(guān)室內(nèi)的油進(jìn)行色譜分析，排除了有載調(diào)壓開關(guān)室向本體滲油的可能，查詢檢修記錄排除了添補(bǔ)不合格絕緣油以及焊接導(dǎo)致氣體增加等因素。 通過表1數(shù)據(jù)對比，乙炔由0突增至11.89，而H2、CO、CO2沒有顯著的增長，說明產(chǎn)品沒有出現(xiàn)絕緣的局部放電或擊穿，產(chǎn)品器身本體沒有放電，是可靠的。通過油色譜三比值法，初步判定是裸金屬引起的電弧放電，引起變壓器油的分解，而使乙炔氣體含量急劇的增長。引起放電的裸金屬部位主要有：套管尾部與引線的連接板、鐵心夾件接地端子、地屏接地端子等位置。

3. 事故原因分析

為防止變壓器內(nèi)部存在重大缺陷而擴(kuò)大事故，主變停運(yùn)檢查。進(jìn)行常規(guī)的電氣和絕緣試驗(yàn)，與以往數(shù)據(jù)對比無明顯變化。然后測試?yán)@組直流電阻，數(shù)據(jù)如表2：

表2 2#聯(lián)變C相直流電阻試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)

結(jié)合現(xiàn)場最新試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再次組織討論，原因分析基本和前次一致，更傾向于套管尾部裸金屬放電。Am和a-x現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)折算到20℃時，與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相同；A-X和Am-X現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)在折算到20℃時更大于出廠試驗(yàn)值。初步判斷可能是中性點(diǎn)引線接觸不良，造成電阻偏差較大，這其中包括中性點(diǎn)套管的連接。

而后進(jìn)行套管吊檢。中性點(diǎn)套管下部結(jié)構(gòu)如圖1所示。套管端部電氣結(jié)合面已嚴(yán)重?zé)g，電氣結(jié)合面至少有10mm間隙，圓周間隙不均勻，見圖2所示。套管下部抽出拉桿情況見圖3所示，套管固化電氣結(jié)合面與拉桿的引線托盤均已嚴(yán)重?zé)g。

圖1 中性點(diǎn)套管下部結(jié)構(gòu)

圖2 套管端部電氣結(jié)合面放電

圖3 拉桿與套管上部內(nèi)部情況

通過對套管的解體檢查和問題產(chǎn)生的時間及環(huán)境變化事故原因總體分析如下：2#聯(lián)變在2015年8月底安裝完畢，并進(jìn)行直流電阻測試，結(jié)果符合要求，當(dāng)時的環(huán)境溫度在40℃左右。之后進(jìn)行過一段時間的運(yùn)行且一切正常，進(jìn)入2016年1月份，當(dāng)時環(huán)境溫度在（5～10）℃左右，通過對該套管的分步解體檢查和對拉桿結(jié)構(gòu)仔細(xì)分析，認(rèn)為此種拉桿結(jié)構(gòu)，拉桿膨脹量與其相互作用的鋁合金管膨脹量很難做到一致，從而使其在自身溫度驟然變化較大時出現(xiàn)電氣接觸不可靠現(xiàn)象，最終導(dǎo)致間隙放電。

4. 結(jié)束語

變壓器故障并非某單一因素的反映，而是涉及諸多因素， 油中氣體分析對運(yùn)行設(shè)備內(nèi)部早期故障的診斷雖然靈敏，但對故障的準(zhǔn)確部位無法確定；對涉及具有同一氣體特征的不同故障類型易發(fā)生誤判。因此，在判斷故障時，必須結(jié)合電氣試驗(yàn)、油質(zhì)分析以及設(shè)備運(yùn)行、檢修等情況進(jìn)行綜合分析，對故障的部位、原因，絕緣或部件的損壞程度作出準(zhǔn)確的判斷，從而制定出適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ā?/p>

變壓器停電檢修吊罩工作執(zhí)行起來相當(dāng)困難，工作量大，周期長，該類事故尚未呈現(xiàn)出家族性缺陷的趨勢，暫時認(rèn)為本次事故為個例事件。鑒于系統(tǒng)內(nèi)此類產(chǎn)品數(shù)量較多，建議擁有此類產(chǎn)品的各電業(yè)局加強(qiáng)監(jiān)控，同時建議制造廠嚴(yán)格生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格產(chǎn)品質(zhì)量把關(guān)，確實(shí)有效地防止類似事故的發(fā)生。

[1]GB 50150-2006.電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[M].中國電力出版社,2006(1).

[2]陳化鋼.電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法[M].北京:水利電力出版社,1999(2).

[3]操郭奎.變壓器油中氣體分析診斷于故障檢查[M].中國電力出版社,2005(2).

[4]電力用油、氣質(zhì)量、試驗(yàn)方法及監(jiān)督管理標(biāo)準(zhǔn)匯編[M].中國電力出版社,2001(5).

[5]GB/T7252-2001.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].