昝 斌 孫 劍（國網(wǎng)襄陽供電公司）

220kV主變內(nèi)部故障異常分析

昝 斌 孫 劍
（國網(wǎng)襄陽供電公司）

摘 要：本文通過運(yùn)用油中溶解分析方法判斷變壓器內(nèi)部潛伏性故障，結(jié)合電氣試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合診斷，采取跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有載分接開關(guān)極性開關(guān)變換位置前后，主變色譜數(shù)據(jù)和直流電阻呈規(guī)律性變化，提出具體解決方案。

關(guān)鍵詞：變壓器；內(nèi)部故障；極性開關(guān)

0　引言

有載分接開關(guān)是變壓器的重要組成部分，是一種能為變壓器在負(fù)載變化時提供滿足用戶電壓質(zhì)量的裝置；基本原理就是保證在不中斷負(fù)載的情況下，通過開關(guān)調(diào)檔，改變繞組匝數(shù)，調(diào)整輸出的電壓與電流值，其動作的準(zhǔn)確性和有效性直接關(guān)系到設(shè)備運(yùn)行的可靠性。本文介紹的是一種極其少見的因?yàn)檫x擇器極性開關(guān)接觸不良，造成局部中溫過熱，導(dǎo)致總烴異常上升的情況。

1　概述

220kV喬1#主變于2006年5月出廠，2007年投運(yùn)，型號為SFSZ10?180000/220，由常州變壓器廠生產(chǎn)。該主變有載分接開關(guān)為組合式，型號為UCGRN?750/600/I，瑞典ABB公司生產(chǎn)。

2010年6月份以前，喬1#主變油色譜數(shù)據(jù)正常。2010年11月喬1#主變因110kV線路近區(qū)短路導(dǎo)致油中總烴異常增長，總烴達(dá)到160.6μL/L。試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)超出《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》Q/GDW 1168—2013中“油中溶解氣體總烴≤150μL/L（注意值）”。分析后初步判斷，總烴異常增長是由于變壓器內(nèi)部某處因接觸不良，在近區(qū)短路時，大電流造成的中溫過熱引起，雖然超出了國家標(biāo)準(zhǔn)值，但暫時不影響該主變運(yùn)行，需要持續(xù)加強(qiáng)對該主變的油色譜監(jiān)測。為此公司調(diào)整了喬1#主變色譜監(jiān)測同期，密切監(jiān)測總烴變化情況，見表1。

表1　總烴變化情況表

2013年12月17日的例行監(jiān)測中，發(fā)現(xiàn)總烴達(dá)到254.8μL/L，較2013年9月增長27.4%，增長率為9.1%/月。隨即將該主變油樣送往省電科院檢測，總烴結(jié)果為290.4μL/L，較2012年12月省電科院檢測總烴206.3μL/L，增長40.77%。隨后縮短色譜監(jiān)測周期，分別在2013年12月30日、2014年1月6日將油樣分別送往檢省電科院檢測，總烴分別為290.4μL/L、327.8μL/L，相對產(chǎn)氣速率為55.2%/月，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》Q/GDW 1168—2013中“相對產(chǎn)氣速率≤10%/月（注意值）”。

喬1#主變總烴增長速度過快，如不及時處理可能會造成變壓器損壞。按《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》Q/GDW 1168—2013規(guī)定，擬定主變返廠大修，后經(jīng)過一系列化學(xué)試驗(yàn)、電氣試驗(yàn)以及動態(tài)調(diào)整主變運(yùn)行檔位追蹤色譜分析判斷，將故障部位鎖定在有載分接開關(guān)的極性開關(guān)處，確定了現(xiàn)場停電檢修方案。

2　分析判斷過程

為了能夠查找出喬1#主變總烴異常上升的原因，采取化學(xué)試驗(yàn)與電氣試驗(yàn)相結(jié)合的方法，從定性、定量的方面進(jìn)行分析，判斷故障部位。

2.1 化學(xué)試驗(yàn)分析

1）應(yīng)用三比值分析方法，分析2013年12月17日和2014年1月6日化學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表2。

表2　化學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2013年12月17日

C2H2÷C2H4＝0÷42.6=0 三比值編碼為 0

CH4÷H2=105.5÷54.2=1.94 三比值編碼為 2

C2H4÷C2H6=106.7÷42.6=2.5 三比值編碼為 1

2014年1月6日

C2H2÷C2H4＝0÷48.4=0 三比值編碼為 0

CH4÷H2=144.8÷140=1.03 三比值編碼為 2

C2H4÷C2H6=134.5÷48.4=2.77 三比值編碼為 1

通過三比值分析兩次數(shù)據(jù)，得出的編碼一致（0，2，1），根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》GB/T 7252—2001中故障類型判斷結(jié)論為，主變內(nèi)部存在300～700℃的中溫過熱，CH4/H2小于3，屬于分接開關(guān)接觸不良或引線夾件螺絲松動或接頭焊接不良，局部過熱故障。

2）相對產(chǎn)氣速率分析

從2013年12月30日至2014年1月6日

7天烴類氣體增長=327.8?290.4=37.4（ppm）

7天增長速率=37.4/290.4×100=12.87%

按照此數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，月度增長速率達(dá)到55%，嚴(yán)重超過《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中“相對產(chǎn)氣速率≤10%/月（注意值）”。根據(jù)《油浸式變壓器（電抗器）狀態(tài)評價導(dǎo)則》Q/GDW 169—2008，當(dāng)“油中溶解氣體中總烴含量大于150μL/L，且有增長趨勢，但產(chǎn)氣速率大于10%/月”，該主變評價為“嚴(yán)重狀態(tài)”。按照《油浸式變壓器（電抗器）狀態(tài)檢修導(dǎo)則》Q/GDW 170—2008，當(dāng)變壓器被評價為“嚴(yán)重狀態(tài)”時，應(yīng)盡快安排檢修。

2.2 電氣試驗(yàn)分析

2014年1月19日對喬1#主變停電進(jìn)行診斷性試驗(yàn)，主變繞組直流電阻、絕緣電阻、介損、分接位置電壓比及鐵心夾件絕緣電阻試驗(yàn)，結(jié)果均在規(guī)程合格范圍內(nèi)。

通過比對2010年喬1#主變例行電氣試驗(yàn)報告仔細(xì)觀察數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)直流電阻在以下兩個方面存在差異。數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　直流電阻記錄對比

（續(xù)）

根據(jù)2010年與2014年三相誤差對比，折線圖如圖1所示。

圖1　2010年與2014年三相誤差對比

（1）2010年直流電阻與2014年直流電阻誤差存在差異

在高壓繞組分頭1～9檔時，AO、BO、CO誤差在1%～2%范圍；但當(dāng)高壓繞組分頭在10～12檔時，AO、BO、CO誤差在1.8%～2.8%范圍，誤差平均值為2.29%，均大于1～9檔的誤差平均值1.8743%，并且AO、BO、CO在10檔以后，誤差有上升趨勢。

（2）直流電阻變化規(guī)律存在差異

對于UCGRN 650/600/I型號的分接開關(guān)，為瑞典ABB公司生產(chǎn)的箱內(nèi)組合式正反調(diào)壓分接開關(guān)，從K“+”到K“?”共有19個檔位，9a/b/c檔是中間檔，實(shí)際運(yùn)行只有17個運(yùn)行檔位，如圖2所示。

圖2　10191W選擇電路

運(yùn)行時，1～9檔極性開關(guān)在“+”位置，10～17檔極性開關(guān)在“?”位置；從n～1檔運(yùn)行時，17～9檔極性開關(guān)在“?”位置，8～1檔極性開關(guān)在“+”位置。但無論極性開關(guān)是從1～n檔運(yùn)行，還是從n～1檔運(yùn)行，直流電阻的變化是有規(guī)律的，9a/b/c檔屬于有載分接開關(guān)運(yùn)行的中間檔位，8檔與10檔直流電阻對稱，7檔與11檔直流電阻對稱，依次類推直至1檔與17檔直流電阻對稱。

通過對2010年及2014年大修前兩組直流電阻數(shù)據(jù)，對比分析發(fā)現(xiàn)2010年高壓繞組對稱檔正極性直流電阻略大于負(fù)極性直流電阻；2014年大修前高壓繞組對稱檔正極性直流電阻略小于負(fù)極性直流電阻。說明2014年和2010年相比有載分接開關(guān)極性開關(guān)動作前后直流電阻的規(guī)律發(fā)生變化，初步判斷極性開關(guān)接觸存在問題。

為了能夠更準(zhǔn)確地確定故障部位，查找出引起總烴持續(xù)上升原因，還需要通過色譜追蹤進(jìn)一步佐證。

2.3 調(diào)檔試驗(yàn)追蹤分析

2014年1月20日，喬1#主變恢復(fù)運(yùn)行，通過有規(guī)律的調(diào)整有載分接開關(guān)極性開關(guān)運(yùn)行位置，進(jìn)行色譜檢測，通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證極性開關(guān)是否存在缺陷，見表4。

表 4

1月20日喬1#主變有載分接開關(guān)運(yùn)行檔位在8檔，1月21、22、23日主變運(yùn)行檔位在9檔，極性開關(guān)在“+”位置，總烴保持不變；1月23日有載分接開關(guān)從9檔調(diào)至11檔，至2月14日，極性開關(guān)在“?”位置，總烴持續(xù)上升，平均每周上升20μL/L；2月14日有載分接開關(guān)從12檔調(diào)至8檔，極性開關(guān)在“+”位置，運(yùn)行至2月30日，總烴保持不變；2 月30日有載分接開關(guān)調(diào)至11檔，極性開關(guān)在“?”位置，運(yùn)行至3月7日，總烴出現(xiàn)上升，見圖3。

圖3

通過上述一系列數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)極性開關(guān)運(yùn)行在“+”位置時，總烴保持不變或呈下降趨勢；當(dāng)極性開關(guān)運(yùn)行在“?”位置時，總烴持續(xù)增長并且有規(guī)律上升。

根據(jù)初步判定結(jié)果與后期追蹤結(jié)果，初步確定故障部位在有載分接開關(guān)的極性開關(guān)處。

3　現(xiàn)場檢修處理

3.1 大修檢查

2014年3月21日，將喬1#主變停電進(jìn)行現(xiàn)場檢查，技術(shù)人員進(jìn)入到喬1#主變內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)有載分接開關(guān)的極性開關(guān)靜觸頭上下均有發(fā)黑跡象，且觸頭有輕微松動。至此，故障部位已經(jīng)找到，造成總烴異常增長、直流電阻不平衡的原因是極性開關(guān)靜觸頭接觸不良，引起局部發(fā)熱造成的。

利用此次大修機(jī)會，為防止類似故障再次發(fā)生，對喬1#主變分接開關(guān)選擇器的所有的觸頭全部檢查，螺絲全部進(jìn)行緊固。

3.2 檢修后及跟蹤試驗(yàn)情況

設(shè)備大修結(jié)束后投入運(yùn)行前，按照交接試驗(yàn)規(guī)程，進(jìn)行了全面的電氣試驗(yàn)和化學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論合格。其中直流電阻對比如表5所示。

表5　直流電阻對比

大修后的喬1#主變?nèi)嘀绷麟娮璐笮『妥兓?guī)律與2010年的幾乎一致，誤差均低于0.5%。

為了加強(qiáng)對該主變大修后監(jiān)測，公司采取每10天進(jìn)行一次色譜試驗(yàn)，同時定期調(diào)整主變運(yùn)行檔位和有載分接開關(guān)極性位置，試驗(yàn)記錄如表6所示。

從3月29日至8月8日色譜數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，經(jīng)過133天的運(yùn)行，總烴及其他數(shù)據(jù)出現(xiàn)微弱變化，原因是主變內(nèi)部絕緣材料吸附回溶所致，結(jié)論是該主變運(yùn)行正常。

表 6

4　經(jīng)濟(jì)效益分析

220kV主變是變電站中最重的核心設(shè)備，它的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎著整個變電站的供電能力，此次通過技術(shù)人員精確分析、準(zhǔn)確定位，主變未進(jìn)行返廠檢修，共節(jié)約運(yùn)輸、檢修費(fèi)用合計約150萬元，減少了設(shè)備停電時間100天，按照主變平均負(fù)荷10萬kW考慮，累計多輸送電量達(dá)到24000萬kWh。

5　結(jié)束語

變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，應(yīng)結(jié)合油色譜分析數(shù)據(jù)與直流電阻數(shù)據(jù)共同分析，當(dāng)有載分接開關(guān)規(guī)律性調(diào)節(jié)時，繞組直流電阻也呈規(guī)律性變化。必要時對有載分接開關(guān)多調(diào)節(jié)幾個循環(huán)，以觀察油色譜與直流電阻的變化情況。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：（2015-04-03）