一起500kV變壓器油乙炔超標原因分析

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

變壓器在運行過程中，由于過熱和放電故障，通常會產生乙炔，嚴重時導致設備損壞，影響設備的正常運行，本文針對寧德電業局管轄下的一臺500kV變壓器乙炔超標原因分析，從理論上分析了本次事故的故障機理。分析認為，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電氣接觸不可靠而產生間隙放電，放電引起變壓器油分解致使乙炔超標。對此類故障進行了詳細的分析總結，具有典型的指導意義。

變壓器；乙炔超標；機理；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，發生斷鏈脫氫，形成新的烴類分子。一般認為，絕緣油在300～800℃時，熱分解產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℃以上高溫下發生熱解產物為乙炔[1]。因此，產生乙炔應該引起足夠重視，以避免重大事故的發生。 產生乙炔的原因有一下幾點：

1.1 過熱故障

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

1.2 電氣故障

如繞組絕緣擊穿、引線對地閃絡與分接開關飛弧，主要產生氫氣、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，也會產生氫氣、乙炔。

1.3 有載調壓開關室的油、氣向變壓器本體漏油

一旦發現主變油中出現較多的乙炔，首先應找出乙炔產生的原因。若屬內部故障，應根據故障性質采取相應措施，若故障特征不明顯，例如其他特征氣體含量均很小，則應對乙炔的來源進行排查。

2. 事故發生過程

2016年1月，寧德某500kV變電站2#聯變C相主體變輕瓦斯報警，稍后監測油樣出現乙炔異常情況，且乙炔含量持續顯著增加，具體情況見表1。

表1 事故前后的油樣色譜數據對比

為了查找油中溶解氣體增長的原因，從多個方面對該設備進行了考查。通過對有載調壓開關室內的油進行色譜分析，排除了有載調壓開關室向本體滲油的可能，查詢檢修記錄排除了添補不合格絕緣油以及焊接導致氣體增加等因素。 通過表1數據對比，乙炔由0突增至11.89，而H2、CO、CO2沒有顯著的增長，說明產品沒有出現絕緣的局部放電或擊穿，產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

為防止變壓器內部存在重大缺陷而擴大事故，主變停運檢查。進行常規的電氣和絕緣試驗，與以往數據對比無明顯變化。然后測試繞組直流電阻，數據如表2：

表2 2#聯變C相直流電阻試驗測量數據

結合現場最新試驗數據，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現場試驗數據折算到20℃時，與出廠試驗數據基本相同；A-X和Am-X現場試驗數據在折算到20℃時更大于出廠試驗值。初步判斷可能是中性點引線接觸不良，造成電阻偏差較大，這其中包括中性點套管的連接。

而后進行套管吊檢。中性點套管下部結構如圖1所示。套管端部電氣結合面已嚴重燒蝕，電氣結合面至少有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，套管固化電氣結合面與拉桿的引線托盤均已嚴重燒蝕。

圖1 中性點套管下部結構

圖2 套管端部電氣結合面放電

圖3 拉桿與套管上部內部情況

通過對套管的解體檢查和問題產生的時間及環境變化事故原因總體分析如下：2#聯變在2015年8月底安裝完畢，并進行直流電阻測試，結果符合要求，當時的環境溫度在40℃左右。之后進行過一段時間的運行且一切正常，進入2016年1月份，當時環境溫度在（5～10）℃左右，通過對該套管的分步解體檢查和對拉桿結構仔細分析，認為此種拉桿結構，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電氣接觸不可靠現象，最終導致間隙放電。

4. 結束語

變壓器故障并非某單一因素的反映，而是涉及諸多因素， 油中氣體分析對運行設備內部早期故障的診斷雖然靈敏，但對故障的準確部位無法確定；對涉及具有同一氣體特征的不同故障類型易發生誤判。因此，在判斷故障時，必須結合電氣試驗、油質分析以及設備運行、檢修等情況進行綜合分析，對故障的部位、原因，絕緣或部件的損壞程度作出準確的判斷，從而制定出適當的處理方法。

變壓器停電檢修吊罩工作執行起來相當困難，工作量大，周期長，該類事故尚未呈現出家族性缺陷的趨勢，暫時認為本次事故為個例事件。鑒于系統內此類產品數量較多，建議擁有此類產品的各電業局加強監控，同時建議制造廠嚴格生產工藝，嚴格產品質量把關，確實有效地防止類似事故的發生。

[1]GB 50150-2006.電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[M].中國電力出版社,2006(1).

[2]陳化鋼.電氣設備預防性試驗方法[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、氣質量、試驗方法及監督管理標準匯編[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則[S].