一起110 kV 變壓器油中乙炔問題分析和處理

張金良，季 煒，趙永亮，宋文信，侯全兵

（山東電力設備有限公司，山東 濟南 250022）

0 引言

在充油電氣設備試驗和運行過程中，監測油中溶解氣體的組分和含量是分析電氣設備是否存在故障的重要的、有效的措施之一，再結合電氣設備的結構、檢修、電氣試驗、運行狀況等進行綜合判斷，往往可得到正確的結論。以一起110 kV 變壓器局部放電試驗后油中產生乙炔問題為例，通過對變壓器油中各特征氣體含量、電氣試驗結果、變壓器解體檢查情況、變壓器鐵芯生產流程進行分析，對油中乙炔產生的原因進行了診斷，為類似問題的分析提供參考。

1 故障概況

某110 kV 變壓器型號為SZ11-50000／110，額定容量為50 MVA，高壓側額定電壓115 kV，有載調壓開關共有±8 檔（共17 個檔位），電壓最大調整范圍為±10%，每檔調整電壓為1.25%，低壓額定電壓為10.5 kV。接線方式為YNd11，短路阻抗為16.66%。

2019 年3 月31 日，試驗人員對該變壓器進行局部放電試驗過程中，發現在試驗電壓下，高壓三相局部放電量均小于50 pC，滿足技術協議和標準要求。局部放電試驗后進行絕緣油色譜分析，結果如表1 所示，發現乙炔體積分數為0.82 μL／L，標準要求出廠和投運前油中乙炔為0，故該項存在異常。

表1 絕緣油色譜分析數據 μL／L

2 診斷分析

2.1 變壓器絕緣油色譜分析

依據GB／T 7252—2001 《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，對油色譜數據進行三比值法分析，編碼組合為022，故障類型為高溫過熱（高于700 ℃）。標準中列舉的故障實例有分接開關接觸不良、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。

2.2 局部放電試驗分析

局部放電試驗時，在低壓側施加勵磁電壓，勵磁電流流經變壓器低壓繞組和低壓引線，鐵芯中產生交變磁通，高壓繞組產生感應電壓。變壓器油中存在乙炔的問題發生在局部放電試驗環節，且故障性質屬于高溫過熱，因此，應從可能引起變壓器熱故障的繞組、引線、鐵芯的異常方面進行分析。

2.3 電壓比試驗

測試高壓繞組與低壓繞組的電壓比，結果見表2，測試結果滿足GB 1094.1—2013 《電力變壓器 第1 部分：總則》中的要求。可確定變壓器繞組匝數正確，繞組與開關等引線連接正確。

表2 電壓比試驗數據

2.4 繞組直流電阻試驗

測試繞組直流電阻，試驗溫度12 ℃，高壓側和低壓側繞組直流電阻試驗數據見表3 和表4，試驗結果滿足GB／T 6451—2015 《油浸式電力變壓器技術參數和要求》中的規定。據此可排除繞組連接處、引線與套管、引線與分接開關、引線與引線的連接異常。

表3 高壓繞組直流電阻試驗數據

表4 低壓繞組直流電阻試驗數據

2.5 鐵芯、夾件絕緣電阻測試

測試鐵芯、夾件絕緣電阻，鐵芯和夾件的絕緣電阻均大于2 000 MΩ，滿足GB 1094.1—2013《電力變壓器 第1 部分：總則》中對鐵芯和夾件絕緣的要求。可以排除變壓器鐵芯存在多點接地的問題。綜合上述分析，認為由鐵芯其他異常導致油中產生乙炔的可能性較大。

3 變壓器解體檢查

為進一步確定問題原因，消除變壓器故障，對變壓器進行解體檢查。變壓器吊罩后，器身和鐵芯表面未發現任何異常。在拆除低壓側上鐵軛時，在變壓器C 相位置的上鐵軛下部和器身塞板間發現硅鋼片邊絲，見圖1。與硅鋼片邊絲直接接觸的器身塞板上存在明顯的燒蝕痕跡，見圖2。器身進一步解體，未見其他異常。

圖1 硅鋼片邊絲

圖2 燒蝕的器身塞板

4 原因分析與處理措施

4.1 直接原因

變壓器解體過程中，在上鐵軛與器身塞板間發現硅鋼片邊絲，硅鋼片邊絲為長條狀，會造成鐵芯級間短接。局部放電試驗時，硅鋼片邊絲造成的級間短接和用于鐵芯接地的級間連接銅片形成的回路中感應出電壓，回路中產生大的故障電流，大電流使得硅鋼片邊絲過熱，絕緣油裂解產生乙炔，絕緣件燒蝕。

4.2 硅鋼片邊絲來源

通常情況下，工廠內采購硅鋼片大料，大料寬度為980 mm 或1 000 mm。通過硅鋼片縱剪線將硅鋼片裁剪成每級需要的寬度。再通過硅鋼片橫剪線將縱剪后的硅鋼片裁剪成鐵芯疊積時需要的片型。110 kV 變壓器鐵芯疊積時不疊上鐵軛，待線圈組套裝完成后，再插上鐵軛。

根據生產經驗，硅鋼片邊絲的產生應在橫剪環節。硅鋼片橫剪時，刀具的剪切出現偏差，即會在理論片型的基礎上出現邊絲，見圖3。帶有邊絲的成品硅鋼片在裁剪線上自動行進或堆垛過程中，邊絲斷掉，夾在硅鋼片間。線圈套裝完成后，插上鐵軛時，邊絲從片間滑落，遺留在上鐵軛與器身塞板之間。

圖3 出現邊絲的硅鋼片

4.3 處理措施

變壓器徹底解體后，對硅鋼片、絕緣件、線圈等做全面檢查，清理異物，更換損壞的絕緣件后變壓器復裝，經處理后各項電氣試驗和絕緣油色譜分析數據正常。

5 結語

通過對變壓器油色譜分析、診斷試驗分析和對變壓器解體檢查，確定了因硅鋼片邊絲導致了變壓器內部過熱故障。再一次證明了變壓器生產制造環節對異物控制的重要性。在變壓器各生產工序當中，除了保證變壓器的生產環境、工裝設備、原材料等的清潔外，對生產設備異常狀態可能導致的變壓器缺陷也應引起足夠的重視。