張遠博，應勇，周志強，劉旸，李學斌

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽110006；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽110006)

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一起有載分接開關故障引起乙炔超標的案例分析

張遠博1，應勇1，周志強2，劉旸1，李學斌1

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽110006；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽110006)

摘要：針對一起變壓器油乙炔超標的案例，對變壓器進行故障分析。先通過改良三比值法定性變壓器有低能放電現象，再通過直流電阻測試等常規(guī)試驗將排查范圍縮小至分接抽頭引線處，然后根據局部放電試驗結果推斷9號分接開關靜觸頭與處于地電位的分接選擇器接觸不良，最后解體檢查明確變壓器故障部位為9號分接開關靜觸頭。指出在故障診斷中，宜采用手動調節(jié)方式對所有分接位置進行直流電阻測試，以全面考察不同極性選擇開關下各分接位置的連接狀況。對有載分接開關的選型和設計提出縱向尺寸不宜過大、連接引線的長度應留有一定裕度的建議。

關鍵詞：變壓器；有載分接開關；油中溶解氣體分析；局部放電測試；直流電阻

1主變壓器油色譜出現異常的過程

2015年9月17日，某變電站結合停電安排了220kV2號主變壓器消缺及本體噴漆等任務，9月22日通過離線油色譜分析發(fā)現乙炔超標。該主變壓器型號為SFPSZ8-120000/220，1993年1月出廠，1993年8月投入運行，2001年4月進行過一次吊罩檢查及標準大修。有載分接開關為德國MR公司1992年產品。

變壓器停電前一直處于7分接運行，分接開關調檔記錄為2014年7月10日，2015年8—9月主變壓器最大負荷為40MVA，上次例行試驗日期為2014年4月，試驗結果合格。上次離線油色譜試驗時間為2015年8月18日，試驗結論為未見異常。

2試驗分析

2.1油色譜試驗

該變壓器近3次離線油色譜試驗數據見表1。

表1　2號主變壓器油色譜離線試驗結果　　μL/L

由表1數據可以發(fā)現：C2H2、H2的體積分數明顯增長，同時伴隨CH4、C2H4的體積分數增長。根據特征氣體法及三比值法初步定性變壓器存在低能放電現象。通常造成低能放電的主要原因有引線對電位未固定的部件之間連續(xù)火花放電、分接抽頭引線和油隙閃絡、不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電[1]。

低能放電的放電能量低，往往與懸浮電位或接觸不良聯(lián)系在一起[2]。因此結合常規(guī)試驗，將排查重點放在引線連接處、分接抽頭引線處和鐵心接地引線等位置。

2.2常規(guī)試驗

經常規(guī)試驗發(fā)現，除V相高壓繞組第17分接檔位的直流電阻(166.3Ω)超標外，其他分接檔位的直流電阻、套管電容值和絕緣、整體絕緣、介質損耗等試驗結果均滿足有關規(guī)程的要求。因此排除V相高壓繞組故障，將故障范圍縮小在分接抽頭引線處。

2.3局部放電試驗

為確定故障位置，進行了局部放電試驗。2015年9月25—26日，對2號主變壓器進行了長時感應耐壓試驗帶局部放電測試，接線如圖1所示。9月25日，在V相第1分接檔位與運行檔位(第7分接檔位)進行了局部放電測試，試驗電壓為1.3倍最高運行相電壓，局部放電量符合規(guī)程要求，試驗通過。9月26日，對V相第17分接檔位進行局部放電測量，高壓側電壓上升到25kV時，有載分接開關附近發(fā)出明顯的放電聲，放電量為700nC，試驗終止。結合前期試驗結果，判斷有載分接開關發(fā)生裸金屬放電[3]。

T1—試驗變壓器，T—被試變壓器，Z—檢測阻抗。圖1　局部放電試驗接線(以U相繞組為例)

該變壓器使用的有載分接開關為組合式有載分接開關，當極性選擇器選擇正極性、分接開關處于第1分接檔位時，1號分接開關靜觸頭與分接選擇器的接線方式如圖2所示。

圖2　分接開關1分接接線原理

當V相處于1分接及運行分接為7分接時，9號分接開關靜觸頭并未與分接選擇器接觸。當分接開關處于第1分接檔位時，1號分接開關經分接選擇器接中性點，而該變壓器的額定電壓為230kV，故9號分接開關靜觸頭電壓比1號分接開關靜觸頭電壓高23kV。由于此時未出現局部放電，因此可以判定9號分接開關靜觸頭的起始放電電壓高于23kV。當分接開關處于第7分接檔位時，7號分接開關經分接選擇器接中性點，9號分接開關靜觸頭電壓僅比7號分接開關靜觸頭電壓高5.75kV，所以更不可能發(fā)生局部放電。

當極性選擇器選擇負極性、分接開關處于第17分接檔位時，9號分接開關靜觸頭通過分接選擇器連接中性點，此時電壓僅升至25kV就發(fā)生700nC的局部放電，結合9號分接開關靜觸頭起始放電電壓大于23kV以及分接選擇器經中性點接地的接線方式，可以推斷此時嚴重的局部放電是9號分接開關靜觸頭與處于地電位的分接選擇器接觸不良所致。

3解體檢查及原因分析

3.1解體檢查

2015年9月28日相關技術人員對變壓器進行內部檢查，發(fā)現分接開關動、靜觸頭均有燒傷痕跡，燒傷部位在9號分接開關位置(如圖3所示)，說明第9、17分接檔位接觸不良。

圖3　9號分接開關靜觸頭燒傷情況

由圖3可以看出，9號分接開關靜觸頭存在放電痕跡，所以在故障發(fā)生后第17分接檔位的直流電阻測試結果超標。

隨后，將變壓器返廠解體，9號分接開關靜觸頭與調壓線圈連接引線如圖4所示。

圖4　9號分接開關靜觸頭與調壓線圈連接引線

3.2故障分析

故障原因分析如下：

a)該有載分接開關的縱向尺寸較大，采用D級分接選擇器，絕緣水平高，裕度大[4]。隨著運行年限的增加，分接開關靜觸頭連接的絕緣支架和動觸頭連接的傳動軸承將不可避免地發(fā)生形變[5]，其中傳動軸承中、末端的動觸頭處于遠端受力點，所受的影響最大，最容易發(fā)生接觸不到位。

b)由圖4可以發(fā)現，9號分接開關靜觸頭與調壓線圈的連接引線沒有留出裕度，運行時因長期應力或突發(fā)應力的作用造成引線受力，從而導致此處的絕緣支架向外側拉伸變形[6]。

綜合以上兩點，該變壓器V相9號有載分接開關的動、靜觸頭在轉換過程出現合閘不到位，導致接觸不良進而發(fā)生電弧放電，致使變壓器油色譜監(jiān)測結果超標[7]。

此外，變壓器處于9分接時，選擇開關有9a、9b、9c三檔。在9a檔時，選擇開關的位置為X9-Y9-Z9；在9b檔時，選擇開關的位置為Xk-Yk-Zk；在9c檔時，選擇開關的位置為X1-Y1-Z1。因此，9號分接開關靜觸頭被嚴重燒傷只會對9a檔有影響，在測量直流電阻時，9b檔的直流電阻正常，而有載分接開關的電動調檔往往只在9b檔停留，無法對9a、9c檔進行測量。因此在今后的故障診斷過程中，宜改為手動調檔，對9號分接開關的3個分接位置均進行直流電阻測試，以便進行綜合分析和判斷。

4結論

a)變壓器油中溶解氣體分析具有及時性和準確性，除了有效獲取變壓器的運行狀態(tài)外，還可以配合其他檢測手段，快速排查故障原因，提高運維效率?？傮w思路為判斷故障屬于過熱性故障還是放電性故障→通過特征氣體法或三比值法判斷溫度范圍及放電類型→初步判斷出現此類故障的部位→通過常規(guī)試驗進行排查和驗證→必要時通過診斷性試驗進行故障查找→定位故障并進行檢查。

b)有載分接開關宜選用適宜本變壓器絕緣等級的分接選擇器，不易追求過高的絕緣裕度；若必須選用縱向尺寸較大的分接開關，應與廠家及時溝通，以便在設計時給予充分的考慮，防止此類故障的產生。此外，在變壓器駐場監(jiān)造過程中應注意有載分接開關與調壓線圈連接引線的工藝處理和引線長度，宜將此處引線留有少量裕度，以防止引線受力導致有載分接開關動、靜觸頭接觸不良。

c)為全面考察不同極性選擇開關下各分接位置的連接狀況，宜通過手動方式進行有載分接開關的檔位調節(jié)，對所有分接位置進行直流電阻測試，以全面、綜合地進行故障診斷分析。

參考文獻：

[1] 李儉.大型電力變壓器以油中溶解氣體為特征量的內部故障診斷模型研究[D].重慶：重慶大學,2001.

[2] 羅建波.基于DGA的電力變壓器故障診斷技術研究[D].杭州：浙江大學,2005.

[3] 殷震.基于BP神經網絡的電力變壓器內部故障診斷方法研究[D].天津：天津大學,2007.

[4] 張德明.分接開關絕緣故障及其診斷[J].變壓器,2008,45(12)：40-47.

ZHANGDeming.InsulationFaultofTap-ChangerandItsDiagnosis[J].Transformer,2008,45(12):40-47.

[5] 姜益民.上海電網有載分接開關運行分析[J].上海電力,2006(4)：386-394.

[6] 葉衛(wèi)忠.電力變壓器的故障診斷與分析[D].杭州：浙江大學,2009.

[7] 劉輝.變壓器油中溶解氣體的分析與故障診斷研究[D].武漢：武漢大學,2004.

Analysis on Over-standard of Ethyne Caused by Fault of On-load Tap Changer

ZHANG Yuanbo1, YING Yong1, ZHOU Zhiqiang2, LIU Yang1, LI Xuebin1

(1.ElectricPowerResearchInstituteofStateGridLiaoningElectricPowerCompany,Shenyang,Liaoning110006,China; 2.StateGridLiaoningElectricPowerCompany,Shenyang,Liaoning110006,China)

Abstract：Takingonecaseofover-standardofethyneintransformeroilasanexample,thispaperanalyzesthefaultoftransformer.Itfirstlycharacterizesthetransformeraslowenergydischargebyusingimprovedthreeratiomethodandbyusingroutinetestssuchasdirectcurrent(DC)resistancetesttonarrowfaultinvestigationscopetotheleadofshuntingtap.Accordingtopartialdischarge(PD)testresult,itdeducesbadcontactofstaticcontactofNo.9tapchangerwithtapselectoringroundpotential,andfinallydeterminesfaultpositionofthetransformerisatthestaticcontactofNo.9tapchangerbystripinspection.ThispaperpointsoutitisoughttoadoptmanualadjustmentwaytoconductDCresistancetestsonalltappositionsinordertoinvestigateconnectionstatusofeachtappositionunderdifferentpolarselectiveswitches.Italsosuggestsfortypeselectionanddesignontheon-loadtapchangerthatlongitudinaldimensionoftheon-loadtapchangershouldnotbetoolargeandthereshouldbeacertainmarginsforconnectingleads.

Keywords：transformer;on-loadtapchanger;analysisondissolvedgasinoil;partialdischargetest;directcurrentresistance

收稿日期：2015-11-24修回日期：2016-02-26

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.06.022

中圖分類號：TM411

文獻標志碼：B

文章編號：1007-290X(2016)06-0121-03

作者簡介：

張遠博(1987)，男，黑龍江伊春人。工程師，工學碩士，主要從事高電壓絕緣技術與變壓器試驗技術的研究工作。

應勇(1969)，男，遼寧沈陽人。工程師，工學學士，主要從事高電壓絕緣技術與變壓器試驗技術的研究工作。

周志強(1965)，男，遼寧沈陽人。工程師，工學學士，主要從事變壓器的運維管理及試驗研究工作。

(編輯李麗娟)