一起110kV电石炉变压器故障诊断分析

一起110kV电石炉变压器故障诊断分析

雷恭喜

新疆升晟股份有限公司， 新疆乌鲁木齐830011

摘要：通过变压器的油色谱分析、绕组变形、直流电阻等试验，对一起110kV电石炉变压器中压补偿侧短路事故进行诊断分析。

关键词：电石炉变压器；试验；短路；分析

1、引言

电石炉变压器是化工冶炼生产中的核心设备之一，它运行的稳定性对电力系统安全运行至关重要。电石炉变压器出口或近距离短路故障时有发生，严重影响了冶炼生产的安全稳定运行。据统计，电石炉变压器故障除有载调压开关以外，出口短路已成为电石炉变压器事故的常见原因。短路故障突然发生时，在变压器绕组内流过较大的短路电流，短路电流与漏磁场的相互作用产生了较大的电动力，尽管这种暂态过程持续时间很短，但变压器还是会受到不同程度的损坏，特别是低压出口短路时形成的故障一般都要更换绕组，严重时要更换全部绕组。因此，在变压器遭受外部短路冲击后迅速诊断出变压器是否存在变形及损伤程度，判断电石炉变压器能继续正常运行或返厂维修。

2022年7月15日，某公司五车间10#电石炉变压器正常运行，变压器处于低负荷（9档）焙烧电极阶段。变压器维护人员在现场对变压器中压补偿断路器及控制回路进行投运中压无功补偿前的例行检查，对补偿侧断路器进行传动试验。合闸瞬间，B相变压器本体重瓦斯动作，变压器跳闸，中压补偿跌落保险炸毁，且无其他报警信号。经检查发现，中压补偿隔离刀闸闭合且地刀接地，隔离刀闭合和地刀闭合之间的机械联锁缺失。                      

2、故障分析处理经过

针对此次突发短路事故，确定其试验分析方法，即油色谱分析，绝缘电阻试验，绕组变形测试，直流电阻测试四项分析。

    <1>  变压器油中溶解气体色谱分析

用于判断变压器内部是否有过热和放电性故障。色谱分析的原理基于任何一种特定的烃类气体的产生速率随温度而变化，在特定的温度下，往往有某一种气体的产气率会出现最大值；随着温度升高，产气率最大的气体依次为：CH4,C2H6,C2H4,C2H2.这也说明在故障温度与溶解气体含量之间存在着对应关系。而局部过热、电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。

10#电石炉B相电炉变压器油中溶解气体色谱分析结果如下。上部:CO:341、CO2:2198、C2H2:159、总烃:362。下部:CO:1138、CO2:4532、C2H2:457、总烃:1004 。色谱结果表明，下部气体含量明显高于上部，依照大卫三角判断C2H2占比47%，结合上下部CO,CO2变化有可能为涉及固体绝缘热性故障；初步判断其故障点位于变压器整体的中下部，B相电石炉变压器内部存在高能量电弧放电及固体绝缘受损。 

   <2>  绝缘电阻试验

绝缘电阻试验是对变压器主绝缘性能的试验，主要诊断变压器由于机械、电场、湿度、化学等作用及潮湿污秽等影响程度，能灵敏反映变压器绝缘整体受潮、整体劣化和贯穿性缺陷，是变压器能否投运的主要参考判断依据。

经检测B相变压器高压对中压、低压及壳体绝缘值10000MΩ符合要求，中压对高压、低压及壳体绝缘值为75MΩ，进一步测量主变铁心对中压绕组的绝缘电阻为50MΩ，串变铁心对串变高压绕组绝缘电阻为8000MΩ符合要求。绝缘电阻结果显示，由于此电石炉变压器，主变线圈分布结构是：从铁心向外依次为调压绕组，主变高压绕组，主变低压，串变线圈分布结构是：从铁心向外依次为串变高压绕组，串变低压绕组。由此判断B相调压绕组绝缘筒受损，导致其调压绕组对铁心绝缘降低。

    <3>  绕组变形测试

用于绕组在高频响应下判断其绕组及周围是否发生明显变化。在较高频率的电压下，变压器的每个绕组均可视为个由线性电阻、电感与电容等分布参数构成的无源线性双口网络。如果绕组发生变形，绕组内部的分布参数必然发生变化，使网络的频率响应特性发生变化。对于单相电石炉变压器分析绕组变形曲线时可以以前一次的试验曲线作为基准曲线，也可以和同一台炉子的其他两相进行比较，根据波形重合情况及相关系数作为判断依据。

B相变压器受出口短路导致的绕组变形对比图如图。通过测试显示B相变压器BY绕组在低频段、中频断相关性有明显差异，谐振峰值位置和大小有明显差异。主要表现在中频段，而特性曲线中频段的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组发生扭曲和鼓包等局部变形现象。因此，高压绕组有明显变形；Bm1Bm2、Bm3Bm4绕组在整个频段相关性均较差，谐振峰值位置和大小有较大都发生较大偏离，而主要表现在低频段，特性曲线在低频段的波峰或波谷位置发生明显变化，通常预示着绕组电感改变，可能存在在匝间或饼间短路的情况。绕组存在严重变形。由于Bm1Bm2与Bm3Bm4绕组是串联结构，综合主变调压绕组与主变铁心之间绝缘为50MΩ，而调压绕组是装配在主变铁心，串变高压是装配在串变铁心，因此，判断调压绕组存在严重变形，且不排除串变高压绕组受损的情况。

<4>  直流电阻测试

直流电阻测试，在变压器所有试验项目中是一项较为方便而有效的考核绕组纵绝缘和电流回路连接状况的试验，它能反映绕组匝间短路、绕组断股、分接开关接触状态以及导线电阻的差异和接头接触不良等缺陷故障，也是判断直流电阻是否平衡、调压开关档位是否正确的有效有段。

通过对B相高压绕组BY直流电阻测量正常，Bm1Bm2直流电阻紊乱。判断其调压绕组匝间或断股。

３、故障分析判断结果

综合四项试验分析，10#炉B相变压器调压绕组中下部有严重变形，存在高能量电弧放电（包括经向、轴向变形及匝间短路），B相高压绕组损伤，不排除其他绕组同时受损的可能。具体情况需要返厂吊罩检查，进一步确定存在的问题。

2022年7月21日，吊罩之后发现，B相变压器实际受损情况与现场判断完全吻合。B柱调压绕组中下部严重变形。高压绕组下端部均有变形。B柱调压绕组受短路冲击时的电动力，下部4饼垫块移位，撑条断裂，扁铜线纸绝缘开裂，。Y柱调压绕组整体变形严重，且下端部拉弧严重，绕组露铜及断股。此处在短路故障时产生电弧放电，短时间内产生大量的热量，绕组又处在最内侧，大量的热量无法及时散去，绕组温度急剧上升，以致油纸绝缘烧损。在高温放电下，产生大量H２、CO、CO2烃类气体，从而导致重瓦斯动作。Y柱高压红线下端部两饼线外翻，明显变形。

4、结束语

对变压器出口短路故障分析，应综合考虑电气试验，油中溶解气体的色谱分析等因素。某一项试验结果正常与否并不能判断分析故障，应对试验项目结果综合分析，才能正确判断故障原因。

   此次事故属人为因素所致，加强对重点设备的管理，避免发生类似故障。

参考文献：

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[3]王佳,云沣,张萍.110kV电石炉变压器故障原因及无功补偿方案分析[J].内蒙古电力技术,2012,30(04):73-75.