大型水電站500kV主變壓器故障診斷分析及處理策略探討

付叢 于水 賴自強

摘要：伴隨社會經濟的快速發展，國家用電量的日漸增大，水電站作為發電的重要組成部分，越發受到國家重視，但其在日常運行中，經常會發生一些故障。本文以某大型水電站500kV主變壓器為研究對象，分析其出現總烴含量升高故障的原因，探討具體的處理對策，望能為此領域研究有所借鑒與幫助。

關鍵詞：大型水電站;500kV主變壓器;故障;處理

某大型水電站有著比較大的裝機容量，所采取的是傳統的一機一變接線的運作方式，主變額定頻率50Hz，無勵磁調壓（-2×2.5%），聯結組別是YNd11，另外，在高壓繞組當中的中性點，主要借助小電抗器來實現接地，ODWF為其冷卻方式，并且采用的是三相五柱式的內部鐵心，總重為375噸。針對主變壓器的高壓引線而言，經GIS開關站與油-氣套管來實現連接。在2015年時，此電站全部主變壓器均安裝了比較先進的油中溶解氣體在線監測系統，且在其與公司診斷中心數據庫相連接，以此對設備進行在線監測與遠程讀取。本文結合當前實況，就此主變壓器故障診斷及處理對策作一探討。

1.故障及原因分析

1.1故障分析

早在2010年時，某臺主變壓器已投運，而在2018年5月時，遠程數據中心對此變壓器進行診斷分析得知，其烴類氣體存在異常增長的情況，2018年7月，總烴絕對產氣速率得到了每天140mL，而相對產氣速率達到了102%。經在線監測系統的準確采集發現，烴類氣呈現出持續增長態勢。另外，在整個絕緣油當中，其特征氣體組分多為CH4、C2H4。結合最新修訂的《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，利用其中所給出的改進三比值法得知，該主變壓器發生了中溫過熱故障，溫度達到了300～650℃，而在誘發原因上，可能與導線接頭焊接不良、鐵心多點接地、分接開關接觸不良及股間短路引起過熱等因素有關。相關部門通過開展繞組變形試驗、鐵心夾件絕緣電阻試驗等，都沒有發現異常。在線監測數據與離線油化試驗數據彼此補充，發現內部總烴氣體有一定升高，且與限值接近（150μL/L）。

1.2原因分析

從發生故障一來，始終未找出原因，至此，選擇將該主變壓器返廠，廠家對其開展診斷試驗以及解體檢查：（1）經診斷試驗得知，整個變壓器除了溫升試驗局部由過熱情況之外，其它試驗都顯示正常。（2）對變壓器的各個部分進行檢查，都沒有發現局部過熱情況。（3）將低壓繞組中的紙筒拆除，從中得知，A相低壓繞組的下方（與鐵心相接近的地方）的A1繞組出頭外包紙絕緣存在顯著的過熱情況，而B、C兩相并沒有發現異常，因此，這便是變壓器總烴上升的原因（此處過熱）。

2.故障處理策略

低壓繞組所采用的是雙U型結構，而對于下U型部分來講，實際是串聯結果（即A1、A2繞組），而上部分則為A4與A3串聯，另外，A3與A1均與鐵心相接近，上、下U型結構之間呈并聯狀態。在整個繞組當中，一共有38匝，并且5根CTC導線（無外包紙絕緣）對其進行螺旋并繞，各根均為56股，而各股所存在的銅線截面為8mm2，工作電流為18A。導線長185m，出頭與軟銅纜引線（250mm2）焊連，A1底部出頭初始垂直段為過熱故障發生的位置。繞組的電流密度是2.2A/mm2，最大電流值為4.5/mm2。如果股線受損比較嚴重，那么電阻、電流密度明顯增大所引起的額外熱源，會造成局部過熱。另外，還需要指出的是，在強磁場當中，因56股銅線持續持續換位狀態，其在感抗上要明顯大于電阻，因此，當某股導線的電阻值出現持續增大情況時，其過流不會隨之而減少，因此，額外熱源會通過其截面受損情況而不斷增大。

由于此主變運行較長時間后出現局部過熱故障，提示已存在比較嚴重的故障股線損傷，而且在具體的截面電流密度上，也有明顯增大;另外，對于故障銅線來講，其有整齊斷口（9mm），因此，股線損傷的部位可能有兩處，而斷線上段存在一尖角，即為燒斷處。

還需要指出的是，繞組出頭所對應的絕緣實際是皺紋紙（外包20層），在其外面（共5層），也為皺紋紙，厚度為0.34mm，而其它都是0.075mm，最外的2層沒有被燒糊，提示過熱的銅線并沒有放電于外部構件。另外，還需說明的是，在故障股線下斷口處，其電壓值是20kV，而上斷口所對應的感應電壓同樣是20kV，所以，上下斷口之間是處于等電位狀態，當銅線出現熔斷情況后，殘留的金屬殘渣始終于原處搭接，沒有能夠全面斷開銅線，因此，其在放電條件上并不具備。由此表明，變壓器油當中沒有乙炔。

基于上述分析可得知，在繞組修復后，可能會殘留一些安全隱患，除此之外，繞組的拆卸以及繞組已固化，易損壞繞組，尤其是在對繞組下半部分進行更換時，有著更大的風險。所以，廠家通過對故障低壓繞組進行更換的方法來處理此故障，故障消除。

3.結語

綜上，當解體變壓器，并對其故障點展開深入分析后，發現故障情況一致于運行中的故障情況，另外，在過熱溫度上也同樣保持一致，表明三比值法準確且實用。需說明的是，因低壓繞組是該故障的發生部位，并且絕緣并沒有被全部燒穿，所以，需要對過熱故障點進行排查，如果發現異常情況，比如出現溫度異常升高且燒毀情況，那么便需要及時進行更換，使整個設備保持正常、安全的運行狀態。

參考文獻：

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