某變電站變壓器直連故障原因分析

◎張荻 雷宗昌 余亞東 董斌

針對某變電站2號變（F8間隔）66千伏側(cè)C相油氣套管部分嚴(yán)重?zé)g的問題，通過對該故障間隔樣品進行解體檢查、關(guān)鍵零部件尺寸檢測、不同接觸情況下的接觸電阻測量驗證、分解物化驗等試驗，得出C相直連筒體內(nèi)部導(dǎo)體連接部位接觸不良發(fā)熱，長期積累造成導(dǎo)體熔化，金屬熔化物朝筒體內(nèi)壁濺射造成接地故障。

引言：隨著堅強智能電網(wǎng)的穩(wěn)步推廣，越來越多的氣體絕緣封閉式組合電器（以下簡稱GIS）產(chǎn)品在電網(wǎng)中成功運行。以往研究者們認(rèn)為氣體絕緣封閉式組合電器具有高的可靠性，無需維護，但現(xiàn)階段，隨著GIS設(shè)備的廣泛應(yīng)用，設(shè)備自身的絕緣能力的下降、保護誤動作、氣體成分報警、局部放電等現(xiàn)象時有發(fā)生，給電網(wǎng)的安全運行和系統(tǒng)的可靠性帶來了巨大隱患。

筆者針對某GIS變電站內(nèi)的2號變（F8間隔）66千伏側(cè)C相油氣套管部分嚴(yán)重?zé)g故障的情況，通過對不同接觸情況下的接觸電阻測量驗證、分解物化驗等試驗分析，分析了該GIS變電站內(nèi)變壓器直連部分的故障原因，為電力設(shè)備運行及生產(chǎn)企業(yè)提供借鑒，防止此類事故的再次發(fā)生。

一、問題描述

該變電站主要供本站周邊學(xué)校居民用電，2#主變（=F8間隔）C相變壓器直連部分于某年的5月17日運行過程中發(fā)生故障，故障現(xiàn)象如下：①18：37該站的66千伏II母C相接地告警。②18：44該站的消防裝置火災(zāi)告警。③18：47該站的二組二次開關(guān)間隔有氣室六氟化硫氣壓低告警。通過監(jiān)控視頻系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)二號變壓器室有濃煙，無法明確故障點。④19：29變電運維人員拉開二組二次開關(guān)，接地故障消失。⑤經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該站的2號變（F8間隔）66千伏側(cè)C相油氣套管氣體部分已經(jīng)燒斷。

二、返廠檢查

1.解體檢查。將故障部位變壓器直連筒體二通筒體拆除，觀察絕緣子及對接面情況，圖1給出了直連筒體的二通筒體結(jié)構(gòu)示意圖。檢查結(jié)果為絕緣子表面發(fā)黑嚴(yán)重，存在裂紋，是受到長時間電弧熱效應(yīng)造成；密封圈斷裂，是由于受熱劣化造成。

最后將上方絕緣子與四通筒體拆開，觀察四通筒體情況，檢測結(jié)果為四通筒體內(nèi)壁存在少量粉塵，無放電痕跡，如圖2所示。

2.關(guān)鍵零部件尺寸檢測。為了查明本次故障的真正原因，筆者采用對關(guān)鍵零部件的尺寸檢測，以確定是否是在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，筆者對變壓器直連筒體內(nèi)的導(dǎo)體座、中間觸頭長度、連接塊長度、動觸頭直徑等關(guān)鍵性部位進行了尺寸檢測，表1給出了關(guān)鍵零部件相關(guān)尺寸檢測結(jié)果。

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根據(jù)表1的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)B相直連筒體內(nèi)關(guān)鍵零部件尺寸完全符合圖紙要求，同時C相殘留的導(dǎo)體座長度也符合圖紙要求

3.不同接觸情況下的接觸電阻測量。針對C相嚴(yán)重?zé)g的情況，接觸電阻的測量驗證試驗采用間接測量的方式進行，以C相臨近的B相為例，采用B相直連筒體內(nèi)動靜觸頭，驗證不同接觸情況下的接觸電阻，測量數(shù)據(jù)如下表2所示。通過在不同情況下的接觸電阻的測量，發(fā)現(xiàn)動靜觸頭接觸不良的情況下，電阻值急劇增大。

4.分解物化驗檢測。為了進一步分析現(xiàn)場出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)g現(xiàn)象的原因，筆者和相關(guān)工作人員在現(xiàn)場拾取相應(yīng)的燒蝕取樣物，在試驗室內(nèi)對現(xiàn)場取樣物進行了化驗分析，圖3、圖4給出了化驗結(jié)果圖，化驗的內(nèi)容包含了 C、O、Cu、F、Mg、Al、Si等相關(guān)元素的含量值。通過分析發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場的取樣物各個元素的含量值符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

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三、故障原因分析

通過以上分析，筆者和相關(guān)電科院專家一致認(rèn)為變壓器C相直連筒體內(nèi)部導(dǎo)體連接部位存在接觸不良的現(xiàn)象，長時間的接觸不良導(dǎo)致了發(fā)熱，而發(fā)熱的長期積累造成變壓器直連筒體內(nèi)部的導(dǎo)體熔化，金屬熔化物朝筒體內(nèi)壁濺射造成了接地故障。由于本站66kV側(cè)接地為消弧系統(tǒng)接地方式，允許在一定時間內(nèi)存在單相接地的現(xiàn)象。在消弧線圈補償?shù)淖饔孟拢珻相故障單元的電流與另外兩相電流差值較小，因此故障持續(xù)時間比較長，高溫電弧加劇了導(dǎo)體熔化過程，濺射的金屬溶液造成了主回路和筒壁之間的接地故障持續(xù)發(fā)生，逐漸導(dǎo)致過渡筒燒蝕熔化，最終導(dǎo)致了本次故障。

由于變壓器C相直連筒體內(nèi)部導(dǎo)體燒蝕熔化程度非常嚴(yán)重，關(guān)鍵性的物證缺失，無法確定接觸不良的真正原因；通過和GIS廠家溝通根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，我們推測導(dǎo)致本次導(dǎo)體接觸不良故障的因素如下：

1.產(chǎn)品在現(xiàn)場安裝的過程中，部分導(dǎo)電接觸面（下圖5三處標(biāo)記部位）連接螺栓可能存在緊固力矩不達標(biāo)的現(xiàn)象，導(dǎo)電面接觸不好，直接導(dǎo)致了接觸電阻增大，從而使得導(dǎo)體發(fā)熱而引發(fā)不良故障。

2.為了便于在現(xiàn)場進行耐壓試驗，中間觸頭和靜觸頭之間存在手動分合結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同接觸情況下的接觸電阻測量驗證中可知，如果中間觸頭合閘不到位，動靜觸頭也會存在接觸不良的現(xiàn)象，這樣也會導(dǎo)致接觸電阻的增大，從而使得導(dǎo)體發(fā)熱而引發(fā)不良故障。圖6給出了動靜觸頭分合閘狀態(tài)的模擬示意圖。

四、結(jié)論

本文根據(jù)實際的現(xiàn)場情況分析了該變電站的故障原因。結(jié)合了現(xiàn)場直觀檢查、解體試驗、關(guān)鍵零部件尺寸的檢測和分解物化驗等手段全面的查找了故障可能存在的原因，確定了故障原因是由于接觸不良導(dǎo)致的發(fā)熱問題，隨著時間的積累導(dǎo)體熔化，金屬熔化物朝筒體內(nèi)壁濺射造成了接地故障。