海洋環境下干式變壓器的故障預測與運行管理

顏光前

中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300450

引言

干式變壓器在海洋石油平臺電力系統中廣泛應用，干式變壓器通常由鐵芯、繞組、附屬裝置組成。其中鐵芯通常由硅鋼片組成，繞組通常采用環氧樹脂澆注的方法，干式變壓器通常配有散熱風機、溫度控制器、有載調壓器等附件。干式變壓器具有結構簡單、維護工作量小等優點。與油浸式變壓器相比干式變壓器沒有漏油的風險，在火災、爆炸、污染環境等方面的風險較低。

海洋環境具有高鹽霧、高濕度、夏季高溫等特點，因此在海洋石油平臺中使用的設備多要求具備防鹽霧、防濕熱、防腐蝕的要求。通常情況下干式變壓器被安裝在海洋石油平臺的上的房間內，房間通常產用通風換熱。干式變壓器雖然沒有直接處于海洋環境下，但風機使房間內部仍與外界環境保持互通，干式變壓器仍處于高鹽霧、高濕度的狀態。干式變壓器處于較為特殊的海洋環境，為了保證設備的穩定運行，變壓器的運行監測、故障預測等方面工作在設備的全周期生命管理中較為重要。

1 干式變壓器的常見故障

在海洋石油工業實際運行過程中，干式變壓器主要在鐵芯多點接地、接頭過熱、表面受潮、表面污染、內部異物、調壓器分接頭、內置風機及溫度控制器等方面出現故障。

1.1 鐵芯多點接地 變壓器鐵芯一般能一點接地，不允許多點接地。變壓器運行過程中，低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與變壓器夾具之間存在電容。此部分電容可引起爬電或局部放電，甚至破壞變壓器絕緣。為了消除此部分電容所以鐵芯需要可靠接地。但若鐵芯多點接地，在接地點間會產生環流，進而引起局部高溫或加速絕緣老化。

1.2 接頭過熱故障 在變壓器運行過程中，接線端子處由于虛接等原因產生大量熱量或發生局部放電，甚至嚴重損壞變壓器。接頭過熱的原因主要有端子松動、銅鋁連接、表面雜質、導電膏稀薄等。變壓器繞組引出端為銅質，銅鋁連接在潮濕的鹽霧環境下會發生電化學腐蝕，進而引發導電不良，造成接頭過熱。在安裝制造過程中，銅鋁不可以直接連接。

1.3 表面受潮與污染 干式變壓器不同于油浸式變壓器，干式變壓器不需要密封處理，因此干式變壓器在運行過程中會積累灰塵。在變壓器停運檢查的過程中應當對內部灰塵積累情況進行檢查，若灰塵積累過多應進行處理。干式變壓器內部灰層過多造成表面污染，將會影響設備散熱，造成局部高溫，甚至引起變壓器局部放電故障。表面受潮將會引發絕緣不良、爬電、局部放電等問題，且發生的位置不同將引起不同程度的危害。在海洋高濕度、高鹽霧的環境下，表面受潮問題發生的風險較高。在變壓器長期停運后，應當先進行充分干燥再投入運行。通常情況下，表面受潮與污染同時發生。

1.4 內部異物 在變壓器初次運行或檢修后，易發生內部異物故障。變壓器內部處于高磁場狀態，內部金屬異物受電磁感應用作將發熱，或者造成局部絕緣不良、局部放電、局部振動異常等問題。異物也有可能劃傷繞組表面，造成絕緣破壞等問題。在變壓器安裝檢修過程中，需要避免遺落工具、備件等物品。通常在進入變壓器外殼前，應當清理隨身物品，清點攜帶工具。在檢修完畢后，再次清點工具物料，避免遺漏。在安裝檢修過程中拆卸或使用的螺栓等小型備件，也應進行妥善保管。

1.5 附件異常 在海洋石油平臺中，干式變壓器普遍配置溫控器、內部散熱風機等附件。溫度探頭斷線、跳變等問題將造成斷路器誤動作等問題。內部散熱風機故障將造成干式變壓器高溫。通常大型干式變壓器內置6個散熱風機，若單個風機故障，將使單相繞組或局部溫度異常。一般可以通過變壓器溫度控制器進行判斷。由于風機、探頭、溫度控制器等附屬裝置的存在，使干式電力變壓器內部存在控制回路，控制回路的端子虛接也將影響變壓器的正常運行。

對海洋石油油田群電力組網中的升壓變壓器，通常配置有載調壓器，有載調壓器的接頭及檔位連接點等處也成為故障發生的風險點，應保持對其的檢查與維護。隨著，附屬裝置的增多，若裝置故障不牢將產生振動，影響變壓器的運行聲音，附件的固定裝置脫落也有產生內部異物故障的風險。

2 干式變壓器運行監測的主要參數

為了能夠預測干式變壓器故障，海洋石油平臺通常配備變壓器在線監測系統，用于監測變壓器運行溫度、振動、局部放電等參數。在運行維護過程中，結合配電柜中的變壓器綜合保護裝置，能夠更為全面的監測變壓器的運行狀態。

2.1 溫度監測 變壓器高壓側繞組溫度，低壓側繞組溫度，鐵芯溫度是變壓器溫度監測的重點。干式變壓器溫度控制系統中能夠顯示較為全面的溫度數據，結合環境溫度、濕度、變壓器帶載情況、及風機運行情況，能夠分析變壓器溫度變化趨勢，變壓器溫度趨勢是預測變壓器運行狀態的一種方法。通常情況，變壓器內部鐵芯溫度最高。干式變壓器低壓側繞組位于繞組內圈，靠近鐵芯，且低壓側繞組電流大于高壓側繞組，低壓側繞組溫度一般高于高壓側繞組溫度。三相繞組溫度基本均衡，通常中間相溫度略高。變壓器內置風機的運行，受溫度探頭反饋數據控制。通常溫度控制器設置高溫報警與超溫跳閘信號，溫度控制器的報警信息也是溫度監測的關鍵。

2.2 振動監測 變壓器振動監測由變壓器在線監測系統中的溫度探頭采集數據，振動探頭通常位于干式變壓器外殼內側。根據振動探頭布置的位置及數量不同，其監測的范圍也不同。通常由于干式變壓器可能發生振動的部位較多，振動探頭難以完全準備覆蓋。當振動探頭發生報警時，應及時進行全面的檢查與緊固。通常在變壓器墊塊、端子、夾塊、外殼螺栓處易發生松動，此部分振動排查的重點。

2.3 局部放電監測 局部放電數據的監測是由變壓器在線監測系統中的局部放電探頭采集數據，局部放電探頭均勻布置在變壓器外殼內部。通過分析局部放電探頭數據，結合局部放電探頭布置位置，能夠初步判斷局部放電發生的位置。在變壓器運行監測過程中，應注意局部放電參數的變化趨勢。當變壓器在線監測系統發出局部放電報警時，應及時分析并進一步加強關注。

2.4 運行電流監測 運行電流是干式變壓器日常監測的基礎數據，通常通過干式變壓器高壓側、低壓側對應斷路器柜上的多功能表或綜合保護裝置讀取。干式變壓器正常運行狀態下，三相電流相互平衡，高壓側與低壓側電流按繞組變比變化。一般情況下，干式變壓器的運行電流、電壓數據發生明顯異常時，代表變壓器已出現嚴重故障。此時配電系統中的綜合保護裝置能后及時進行保護動作。干式變壓器運行電流在日常監測中，只要用于分析確定變壓帶載情況，配合分析變壓器溫度變化趨勢。對于電網調度人員，運行電流用于參考調度方案的調整，避免形成變壓器過載故障。

2.5 差動電流監測 變壓器差動電流用于計算與判斷變壓器差動保護，差動保護是變壓器的主保護。差動保護由綜合保護裝置實現，變壓器差動保護可以反應干式變壓器繞組間故障及接地故障。可以在綜合保護裝置上查看，變壓器差動電流。正常情況下，變壓器差動電流為零。在變壓器初次投用或檢修后投用，應重點關注變壓器差動保護電流。但變壓器繞組間故障往往是發生較快，現場人員難以預測與干預。差動電流由綜合保護裝置實時監測，現場運維人員的監測通常作為變壓器升級管理的一項內容。

2.6 零序電流監測 零序電流的監測與差動電流基本一致，零序電流主要用于接地保護。但與差動保護不同，在特殊情況下，零序電流是逐漸增大至保護動作值，觀察與監測零序電流的變化趨勢也是變壓器升級管理的一項內容。

3 干式變壓器的全壽命周期管理

基于對干式變壓器常見故障的分析與預測，結合干式變壓器運行關鍵參數變化趨勢的分析，實現干式變壓器的全壽命周期管理。

3.1 維護保養

3.2.1 日常運行檢查 在干式變壓器的日常檢查中，重點關注運行監測參數，注重數據的準確性與可對比性。數據的可對比性即是在數據記錄盡可能保持在每日的相同時間段，以便于對比數據變化趨勢，此外如環境溫度等相關的干擾參數也應該納入記錄。

3.2.2 周期性預防維護 干式變壓器的周期性預防性維護主要分為月檢、季檢、年檢、大修。月度與季度的維護保養在參數記錄的基礎上注重使用點溫槍、熱成像儀、局部放電監測儀等專業工具進行測量，月度與季度維護保養通常保持變壓器的原有運行狀態。年檢、大修注重在變壓器退出運行狀態下的檢查維護，主要包括灰塵清潔、端子緊固等。變壓器的日常檢查、月檢、季檢、年檢、大修逐級強化檢查，又是相符相成的。日常檢查發現的趨勢在后續檢查中得以進一步確認及處理，細化檢查中的問題又指導日常檢查的重點方向。

3.2 設備資料管理

3.2.1 關鍵設備資料 設備資料是變壓器的全壽命記錄，關鍵記錄主要包括：技術參數、廠家說明書、調試報告、相關證書、維護保養記錄、故障維修報告等。

3.2.2 資料管理的意義 對于海洋環境下干式變壓器的檢查與管理是基本統一的，但是對每一臺單獨變壓器，其檢查關注的側重點又會有所不同。不同點主要在于此變壓器曾經發生的故障、隱患等，此方面內容正是設備全周期資料的主要意義。此外，設備資料在設備更換、改造等方面也有重要意義。

4 結語

在高溫、高濕、高鹽霧的海洋環境下，對干式變壓器的運行管理有著較高的要求，基于變壓器常見故障分析預測及仔細的參數監測，結合維護保養與資料管理能夠更好的對變壓器進行全壽命周期維護。