肖本鋒
(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦,江西德興 334224)
大型變電站主變故障的診斷
肖本鋒
(江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦,江西德興 334224)
介紹了我廠220kV變電站主變的現(xiàn)狀,以及主變油樣化驗(yàn)結(jié)果;提出了如何用三比值法分析油樣來(lái)知道主變潛伏故障;并淺析了如何解決現(xiàn)有的故障;從而實(shí)現(xiàn)主變的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。
2#主變;故障;診斷;三比值法;可靠;穩(wěn)定
我廠大山220kV變電站是山上電力系統(tǒng)的主要變電站,主要為大山選礦廠、采礦場(chǎng)采環(huán)線(xiàn)、精尾廠回水供電,負(fù)荷性質(zhì)重要,供電量大。為節(jié)約變壓器容量費(fèi),封停了大山變電站1#主變,由2#主變(容量90000kVA)單臺(tái)運(yùn)行為生產(chǎn)供電。近年來(lái),隨著大山廠13萬(wàn)t擴(kuò)容。大山變電站供電的穩(wěn)定性顯得尤其重要。必須保障2#主變的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
2007年12月19日,大山220kV孌電站2#主變輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作發(fā)信,全站失壓,瓦斯繼電器跳開(kāi)212開(kāi)關(guān),光字牌出現(xiàn)有“2#主變輕瓦斯動(dòng)作”“6kV饋出線(xiàn)接地信號(hào)”故障,經(jīng)檢修人員對(duì)瓦斯繼電器放氣后繼續(xù)運(yùn)行,21日輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作再次發(fā)信。同時(shí)變壓器油溫升高到120℃,嚴(yán)重影響變壓器正常運(yùn)行,變壓器已多次被迫停止運(yùn)行。小組成員把運(yùn)行中變壓器油樣送檢做色譜分析。
色譜分析[1]的分離原理是使混合物的各組分在兩相間進(jìn)行分配,其中一相是不動(dòng)的,叫做固定相,另一相則是推動(dòng)混合物流過(guò)此固定相的流體,叫做流動(dòng)相,當(dāng)流動(dòng)相中所含有的混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí),就會(huì)與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的不同,相互作用的大小強(qiáng)弱也有差異。因此在同一推動(dòng)力作用下,不同組分在固定相中的滯留時(shí)間有長(zhǎng)有短,從而按先后不同的次序從固定相中流出。這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術(shù),稱(chēng)為色譜分析技術(shù)或色譜法。
大山變電站2#主變油(氣)檢測(cè)報(bào)告如下:
表1
對(duì)變壓器內(nèi)部故障作早期診斷的最佳方法是油中氣體分析法(DGA)[2]。通過(guò)DGA結(jié)果確定故障性質(zhì)。定量測(cè)定變壓器故障的主要?dú)怏w是:氫氣,甲烷,乙烷,乙烯,乙炔,一氧化碳,二氧化碳。分析和解釋DGA數(shù)據(jù),用作分析的特征氣體。在檢測(cè)出各氣體成分及含量后,用特征氣體法或比值法等方法判斷變壓器的內(nèi)部故障。我們知道對(duì)于大型電力變壓器,目前幾乎全部都是用絕緣油來(lái)進(jìn)行絕緣和散熱,變壓器油與油中的固體有機(jī)絕緣材料,如絕緣紙等,在高電壓下隨運(yùn)行時(shí)間的增加,會(huì)因放電和熱的作用,逐漸老化和分解,并且產(chǎn)生各種低分子烴類(lèi)及CO2、CO氣體。而變壓器的內(nèi)部絕緣故障卻伴隨著局部過(guò)熱和局部放電現(xiàn)象,使油或紙分解產(chǎn)生CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO和CO2等氣體。當(dāng)故障不太嚴(yán)重時(shí),產(chǎn)氣量較少,所產(chǎn)生氣體形成的氣泡會(huì)不斷地溶解在絕緣油中,當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在潛伏性過(guò)熱或放電故障時(shí),就會(huì)加快這些氣體產(chǎn)生的速率。當(dāng)產(chǎn)生速率大于溶解速率時(shí),變壓器內(nèi)會(huì)有一部分氣體進(jìn)入氣體繼電器。發(fā)熱和放電的程度不同,所產(chǎn)后和氣體種類(lèi)、油中溶解氣體的多少及各種氣體的比例關(guān)系也不相同,因此油中溶解氣體的組分和含量在一定程度上能反映出變壓器絕緣老化或故障的程度,通過(guò)對(duì)油中溶解氣體進(jìn)行氣相色譜分析,便可發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的發(fā)熱和放電性故障。
根據(jù)我廠目前油樣分析狀況,筆者認(rèn)為對(duì)變壓器故障的性質(zhì)作出判斷可用三比值法[3]。三比值法是目前國(guó)內(nèi)外最廣泛使用的工具。三三比值法的原理是:根據(jù)充油電氣設(shè)備內(nèi)油在故障下裂解產(chǎn)生氣體組分的含量的相對(duì)濃度與溫度的互相依賴(lài)關(guān)系,從5種特征氣體中選用兩種溶解度和擴(kuò)散系統(tǒng)數(shù)相近的氣體組分組成三對(duì)比值,以不同的編碼表示。組成三對(duì)比值來(lái)判斷變壓器故障性質(zhì),它列出對(duì)于不同的比值范圍,三對(duì)比值以不同的編碼表示,并將這些編碼組合分析,是判斷充油電氣設(shè)備故障類(lèi)型的主要方法,并可以得出對(duì)故障狀態(tài)較可靠的診斷。
見(jiàn)表下:列出以下對(duì)照表:
表2
同時(shí)列出2008年1至6月的油樣檢測(cè)報(bào)告如下:
表3
分析結(jié)果:根據(jù)主變本體油樣分析結(jié)果看,總烴、乙炔、氫含量超標(biāo)!三比值偏碼:001,
電弧放電又稱(chēng)高能放電,當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電故障[4]時(shí),油中溶解的故障特征氣體主要是C2H2、H2,其次是C2H4和CH4在變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電時(shí),一般C2H2占總烴的20%~70%,H2占?xì)錈N的30%~90%,絕大多數(shù)情況下C2H2高于CH4,在涉及固體絕緣時(shí),瓦斯氣體和油中氣體的CO含量較高。當(dāng)油中氣體組分中C2H2含量占主要成分且超標(biāo)時(shí),很可能是變壓器繞組斷路或分接開(kāi)關(guān)切換產(chǎn)生弧光放電所致。在變壓器內(nèi)的固體絕緣材料中發(fā)生高能量電弧放電時(shí),不僅產(chǎn)生的CO和CO2較多,而且因電弧放電的能量密度高,在電場(chǎng)力作用下會(huì)產(chǎn)生高速電子流,固體絕緣材料遭受這些電子轟擊后,將受到嚴(yán)重破壞,火花放電一般是低能量放電,即一種間隙性放電故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生火花放電時(shí)[5],油中溶解的特征氣體以C2H2和H2為主,因故障能量小,一般總烴含量不高,但油中溶解的C2H2在總烴中所點(diǎn)比例可達(dá)25%~90%,C2H4含量約占總烴的20%以下,H2占?xì)錈N總量的30%以上。當(dāng)CH4和H2的增長(zhǎng)不能忽視時(shí),如果接著又出現(xiàn)C2H2增高的情況,這時(shí)可能存在著由低能放電發(fā)展成高能放電的危險(xiǎn)。
根據(jù)我廠2#主變的氣相色譜分析試驗(yàn)報(bào)告,知道油中含烴類(lèi)氣體較高,而這些氣體是由于變壓器內(nèi)部的熱和電的作用,導(dǎo)致絕緣油的分解而產(chǎn)生的。對(duì)變壓器油裂解產(chǎn)生的烴類(lèi)氣體,按CH4-C2H6-C2H4-C2H2的順序推移,同時(shí)我們知道H2是由于變壓器內(nèi)局部放電的離子碰撞游離而產(chǎn)生的。所以得出結(jié)論,變壓器內(nèi)部有局部放電。
(1)首先放出主變本體內(nèi)的變壓器油,拆除2#主變油枕,打開(kāi)主變本體中有載調(diào)壓側(cè)的側(cè)蓋板,技術(shù)員進(jìn)入變壓器本體中尋找故障點(diǎn)。
(2)拆下主變6kV側(cè)套管,打開(kāi)側(cè)蓋,進(jìn)入本體,解開(kāi)內(nèi)部聯(lián)絡(luò)(在內(nèi)部標(biāo)注連接點(diǎn),防止安裝時(shí)混亂)在套管拆下處蓋上密封蓋板。在6kV樁頭發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn),由于下樁頭引線(xiàn)與連接片距離太近有局部摩擦,導(dǎo)致連接片內(nèi)部發(fā)熱,局部放電。從而分解絕緣油產(chǎn)生氫氣與烴類(lèi)氣體,導(dǎo)致瓦斯動(dòng)作。
發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題后,技術(shù)員用工具把連接片扭直一個(gè)角度,盡量與引線(xiàn)面距離拉大,減少接觸面從而杜絕發(fā)熱點(diǎn)。
(3)實(shí)施完后重新裝回罩體,密封本體,重新注油,按變壓器出廠試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)對(duì)變壓器進(jìn)行再次試驗(yàn),待靜置48h后,放出內(nèi)部氣體,進(jìn)行沖擊試驗(yàn)[6],通過(guò)后將變壓器投入使用。使用后于2009年11月、12月再對(duì)油進(jìn)行色譜分析。發(fā)現(xiàn)油樣合格。
表4 2#主變油樣檢測(cè)報(bào)告
(1)變壓器的絕緣油中的氣體是由于變壓器內(nèi)部的熱和電的作用,導(dǎo)致絕緣油的分解而產(chǎn)生的氣體。氣體的種類(lèi)與含量同變壓器的狀況有直接的聯(lián)系,利用氣相色譜分析變壓器油的氣體組分及其含量,能夠使技術(shù)人員充分掌握并監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài),能夠提前知道變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障,即在變壓器運(yùn)行中(不停電、不吊芯的情況下),通過(guò)常規(guī)檢測(cè)及色譜分析[1]就可以把變壓器內(nèi)有無(wú)故障、有什么樣性質(zhì)的故障診斷出來(lái),這對(duì)于變壓器的維護(hù)保養(yǎng)起到關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用,從而更好地保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
(2)在進(jìn)行色譜分析的過(guò)程中,由于色譜分析試驗(yàn)幾乎都是微量分析,因此,在試驗(yàn)過(guò)程中要嚴(yán)格遵守試驗(yàn)要求,認(rèn)真對(duì)待每一個(gè)環(huán)節(jié),這樣可以減少誤差,提高色譜分析[1]的精度。
(3)把色譜分析應(yīng)用到電力變壓器故障診斷,是很有前景的一門(mén)科學(xué),值得深入進(jìn)行研究。
[1]鮑亮亮.變壓器故障診斷方法的應(yīng)用研究.電氣時(shí)代,2008,05(10).
[2]吳廣寧.高電壓技術(shù).北京;機(jī)械工業(yè)出版社,2007.
[3]操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查.中國(guó)電力出版社,2005-02.
[4]傅京孫等.人工智能及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,1988.5-10.
[5]何定.專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其結(jié)合在電力工程診斷領(lǐng)域的應(yīng)用[D].東南大學(xué)博士學(xué)位論文,1993,55-57.
[6]楊啟平,薛五德等.專(zhuān)家系統(tǒng)在變壓器故障診斷中的應(yīng)用[J].變壓器,1996(6):35.
Fault Diagnosis of Large Transformer Substation
XIAO Ben-feng
(Dexing Copper mine of JCC,Denxing,Jiangxi,China 334224)
This paper briefly introduces current situation of 220kV transformer substation in our plant,and the test results of Oil sample.Propose how to use the ratio of three analyse methode of Oil sample to know the potential problems,and how to solve the existing fault;ensures safe reliable and stable running of transformer substation.
No.2 main transformer;fault;diagnosis;ratio of three;reliable;stable
TM64
B
1009-3842(2011)03-0061-03
2011-04-20
肖本鋒(1973-),江西萍鄉(xiāng)人,本科,電氣工程師,主要研究方向?yàn)樽冸娬倦姎饪刂疲珽-mail:305655775@QQ.com