一起220kV主变油色谱异常的故障分析

一起220kV主变油色谱异常的故障分析

祖章庆姜海东

（浙江浙能嘉华发电有限公司浙江嘉兴314201）

摘要：针对嘉兴发电厂1号主变运行中气体在线监测装置发现气体异常，油色谱特征气体异常升高，发现总烃的体积分数不断上升，绝对产气速率超过注意值，判断为变压器内部高温过热故障。通过多次检修及停运检查未找到故障部位，将变压器返厂彻底解体，最终发现故障点，保证了设备安全稳定运行。本文对1号主变故障的发生、运行参数跟踪、分析以及确认故障过程展开分析。

关键词：主变压器油色谱总烃故障判断处理

在正常运行情况下，充油变压器内的绝缘油及固体绝缘材料随着运行时间的增加，在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生各种少量低分子烃类，H2、CO和CO2等气体，这些气体大部分溶解在油中。当变压器内部存在放电故障或潜在性过热时，就会加快这些气体的产生，不同的故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体不同。故障气体的含量、组成与故障的严重程度以及类型有密切关系。分析溶解于油中的气体，就能尽早地发现设备内部存在的潜在性故障，并可随时监视故障的发展情况

0故障概述

1号主变由沈阳变压器厂（现更名为特变电工沈阳变压器集团有限公司）制造，型号SFP9-375000/220，冷却方式ODAF，无载调压，1993年制造，1995年4月投运，主变2001年安装氢气在线监测装置。2015年6月30日晚21时45分，1号主变氢气在线监测装置报警，立即安排取油样检测，油色谱分析报告显示各特征气体含量非常大，H2、C2H2以及总烃均远超注意值，检查铁芯接地电流为8.9A。1号主变于2015年3月10日C修后并网运行至今，主变绝缘油按正常周期检测，上一次检测时间是2015年6月24日，数据正常。具体数据见下表。

1故障检查

7月1日在铁芯接地引出线回路中串接190Ω的电阻，铁芯接地电流下降至0.13A。7月1日下午对瓦斯继电器取样检查，未见自由气体集聚。保持变压器油持续检测跟踪分析，H2和总烃含量总体处于上升趋势。

后对1号主变停运检查，停运后对未解体变压器先进行相关试验。1号主变停役后进行相关电气试验，包括绕组、铁芯、夹件的绝缘电阻，绕组直流电阻、介损、直流泄漏及耐压，以及空载损耗试验。试验结果：铁芯对夹件绝缘电阻为0；空载损耗高于出厂值，C相空载损耗大于其它二相；其它试验结果正常。1号主变试验完成后对变压器放油。7月4日打开高、低压侧人孔门，技术人员进入变压器内部检查，检查上、下铁轭磁屏蔽与铁芯间的接触情况，未发现异常。7月6日第二次进入变压器内部检查，再次仔细检查上、下铁轭磁屏蔽与铁芯间的接触情况，未发现异常，测量三相芯柱地屏对铁芯和夹件的绝缘电阻合格。通过内检未发现明显过热或放电故障点。故障点可能在器身内部，涉及器身磁屏蔽及部分铁芯、铁芯结构件，必须安排主变吊罩后才能进行彻底排查，需要较长作业时间，同时该作业受当时持续降雨的天气因素以及后续鸿灿台风影响的制约。

最后在进行耐压和局放试验后，确认电回路无异常，变压器恢复备用。7月14日发变组并网，主变铁芯与夹件接地回路电阻调整控制电流在0.1A左右。对油色谱持续跟踪。跟踪结果特征气体产气速率过快，与6月30日发生异常时差不多。根据油色谱跟踪数据和发展趋势，经讨论确定停机用备用主变替换1号主变。7月17日1号发变组解列，完成更换工作，25日并网恢复运行。

2原因分析

6月30日晚1号主变发出色谱报警开始，连续跟踪油色谱。从量上分析，除一氧化碳、二氧化碳外其它数值均远超正常水平。从趋势上分析，氢气、乙烷的增长速度最快，乙烯、乙炔、一氧化碳其次。具体数据见表2以及图1。

2.1三比值法

三比值法通常作为判断变压器等充油电气设备故障性质的主要方法。它利用CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2等5种气体含量值计算，根据三比值编码规则表（表3）可知，油色谱结果按三比值法分析，故障类型编码组合为002，对应为高温过热（高于700℃）。故障原因有：分接开关接触不良、引线夹件螺丝松动或接头焊接不良、产生涡流、涡流引起铜过热、铁心漏磁、局部短路、层间绝缘不良、铁心多点接地等。

2.2特征气体法

根据我国《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定的变压器油中氢和烃类气体的注意值。总烃、C2H2和H2分别为150μL/L，5μL/L及150μL/L，数据都超标。

运行中铁芯接地电流较大，结合电气试验结果，铁芯对夹件绝缘电阻为0，空载损耗高于出厂值，C相空载损耗大于其它二相，其它电气试验未发现异常。从以上现象分析导电部位故障的可能性较小，基本怀疑为金属部件存在故障，而铁芯存在故障的可能性较大，可能为铁芯局部故障或更严重的短路故障，造成局部高温过热。变压器解体后发现的C相低压侧上部夹件磁屏蔽和对应的铁芯轭片存在严重的烧灼现象，表明此二处磁屏蔽与铁芯上轭构成了短路环，产生短路电流，造成局部过热，并使短路部位进一步恶化。这些现象完全符合色谱特征气体的增长幅度以及三比值法故障类型的分析。

3故障解体检查

为了彻底查找故障点，消除主变缺陷，将主变返回制造厂沈阳变压器厂进行解体大修。变压器运抵制造厂，解体后器身初步检查未发现异常，器身入炉脱油后，进一步解体检查。在拆除低压侧上夹件后，检查发现C相低压侧上部两侧夹件磁屏蔽和对应的铁芯轭片存在严重的烧灼现象。在拆掉低压侧上夹件后，再次测试铁芯对夹件绝缘电阻值，测试值为＞1000MΩ/2500V。判断此点即是引起主变油色谱异常的故障点。具体图2至图5照片。

4结束语

造成磁屏蔽与铁芯上轭短路的原因是此变压器在结构设计上在存在不合理，上铁轭固定不良，上铁轭整体及部分轭片易出现变形和滑移现象。加上夹件磁屏蔽与上铁轭之间的间隙较小，在运行中由于振动，靠近C相的上铁轭向低压侧偏移与此处的夹件磁屏蔽接触，磁屏蔽头部虽有纸包绝缘，但因强度不够，当纸绝缘破损后，直接造成磁屏蔽的硅钢片与上铁轭轭片短接。在两侧上铁轭与磁屏蔽均短路后，构成短路回路，出现了局部过热现象。因此在修复此变压器时有必要对上部磁屏蔽与上铁轭之间的间隙进行改善，以防止运行中再次发生磁回路的短路故障。

参考文献：

[1]王宝健，杨永尚.主变压器绝缘油色谱异常分析与故障处理.华电术，2011（10）.

[2]DL/T722—2000，变压器油中溶解气体分析和判断导则。

[3]何文林，李峰，余睿.220kV变压器油色谱异常原因分析及处理.电力设备2006（7）

作者简介：

祖章庆（1982-），男，工程师，从事高压电气设备的检修、消缺、试验研究技术管理工作.

姜海东（1972-），男，工程师，从事电力发电企业技术工作.