电力变压器故障诊断与处理

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

2000年11月TRANSFORMER

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁November󰀁󰀁2000

Vol.37

No.11

电力变压器故障诊断与处理

陈世青

(东风汽车公司,湖北十堰442000)

󰀁󰀁摘要:对近两年来东风公司电网110kV电力变压器发生的故障进行了分析与诊断。结合对这些故障处理的

体会,提出了相应的建议。

关键词:电力变压器;故障;诊断

中图分类号:TM407󰀁󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁文章编号:1001-8425(2000)11-0040-05

1󰀁引言

近两年来,东风公司电网的110kV电力变压器(以下简称主变)相继发生了多起故障。这些故障涉及面广,大多属于从未发生的、隐密性强的故障。这给主变故障的查找、诊断、分析与处理都带来了诸多困难。由于公司电网主变大多已运行了二三十年,接近产品的使用寿命末期,加之运行环境较差,已经危及电网安全运行和用户的安全供电。本文特选可比性强的四例故障进行分析,见表1。

表1󰀁东风公司电网主变故障一览表

故障时间设备名称故障性质与类型故障点、原因及后果󰀁低压侧多次受短路冲

1998.3

花1号

主变

󰀁磁路故障,高温过热

击,一铁心压碗震裂,碗内垫块经铁轭短接开口钢压板

󰀁检修质量

原茅2号

故障,击穿放

主变

电白1号主变白2号主变

󰀁磁路故障,铁心多点接地󰀁检修质量故障,调压开关受潮

󰀁高压套管将军帽处密封圈垫歪,三相进水,B相高压引线绝缘烧损󰀁改造主变时对多点接地处理不理想

󰀁吸湿器年久失修,开关多处密封不严,潮气进入油室

2󰀁故障的诊断、分析及处理

2.1󰀁花1号主变故障2.1.1󰀁故障的诊断

1998年3月31日,花1号主变出现轻瓦斯动作信号。时值中雨,经查发现铁心的16mm2铜质引下线绝缘外皮烧损,已成裸线。测铁心对地绝缘电阻为750M󰀁,取瓦斯气样及油样,并进行色谱分析(见表2)。

做常规及电压比试验,并与同台历年试验结果比较,发现除绝缘电阻有变化外,其它均在合格范围内。

基于上述试验及分析,可初步判断为磁路部分局部高温电弧放电并伴有绝缘损伤性故障。经吊罩检查发现,高压侧B相上部绕组钢压板上两个压碗损坏。其一是震裂成两半,压碗内垫块(铁质)脱落于压板上,并与压板有放电迹象;其二是损坏三分之一,无放电痕迹。而铁心内引接地线与导杆间的锡焊烧流,引线与接地套管间有放电、接地引下线绝缘烧损。

2.1.2󰀁故障原因分析及处理

(1)低压侧频发的短路事故是导致本次事故的直接原因。据统计,1996年5月至事故发生,该站

1998.6

1998.12~1999.5.29

1999.4

Abstract:Theimportanceofcomprehensiveapplicationofinternalfaultdiagnosistechnologyoftransformeris

pointedout.Someexamplesofadoptingthisforfaultdiagnosistechnologyaregivenhere.Keywords:Transformer;Chromatographic;Internalfault;diagnosis

收稿日期:1999-05-21;修订日期:2000-01-11

作者简介:孙光武(1967-),男,江苏邳洲人,齐鲁石化公司热电厂化学工程师,从事试验研究工作。󰀁第11期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁陈世青:电力变压器故障诊断与处理󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁41󰀁󰀁

表2󰀁花1号主变气相色谱分析一览表

组分取样时间

取样部位

1998.3.311998.3.311998.4.11998.3.311998.4.1

下部(油样)上部(气样)上部(油样)

11990223416761049497

517159195140

2214131411

378204165153174

98222015

2730757357377

263341302312318

235920751666

痕痕痕

H2

CH4

C2H6

C2H4

C2H2

󰀁CH

CO

CO2

O2

三比值编码102102122022122

单位:󰀁L/L

事故性质放电性故障放电性故障电弧放电兼过热性故障高于700󰀁高温过热性故障电弧放电兼过热性故障

186810941831

痕

19.4344.9

10kV󰀁段出线共发生37次短路冲击。每次短路冲击产生的辐向与径向机械冲击力,使主变组件及垫夹件承受巨大冲压,损伤压碗,并逐渐使之震裂、破碎。其碗内铁质垫块脱落后与压钉一起短接钢压板和上夹件,使原开环运行的铁质压板形成闭合回路。在主漏磁通作用下,产生较大的感应电势,形成约200A的短路电流。

(2)主变铁心内引接地线在靠近套管处因大修装配时受过损伤,绝缘降低。当主磁通因上述原因(压板间形成的环流不稳定)发生畸变,产生变化的奇次谐波通过油箱时,感应出大的电势击穿铁心引出套管处的引线绝缘,最后使引出线端部绝缘烧损,锡焊点脱落,引下线烧坏(引出线端部本应采用铜焊方式焊接)。因此,制造商对铁心内引接地线端部焊接未按工艺要求进行与端部附近导线绝缘被损伤是本次故障的又一原因。

(3)经按工艺要求处理所有损伤处,更换铜引下线,按大修规范对主变维修后,主变恢复正常运行。2.2󰀁白1号变故障2.2.1󰀁故障诊断

2.2.1.1󰀁初步判断及判据

白1号主变原为土门变电站1号变,1995年由三绕组改为双绕组,1996年5月安装于白1号主变

样品编号1

组

取样时间

取样部位

1998.12.14

下部

56

27

20

108

6

分H2

位置。1998年12月10日,气相色谱分析结果表明内部存在过热故障,但其它电气试验结果正常。1999年4月12日跟踪取样结果说明其故障性质未变,有进一步恶化趋势。其后,为监视其产气率,缩短取样周期,结果同前,且故障速度加快,证实该主变内部确有高温过热性故障(见表3)。

经常规电气试验显示,绕组直流电阻等均正常,排除了绕组引线部分连接点过热或选择开关飞弧引起的可能性。2.2.1.2󰀁进一步诊断

再用四比值法对样品2分析:CH4/H2=1(1~3之间),C2H6/CH4󰀁0.3<1,C2H4/C2H6󰀁8.4>3,C2H2/C2H4=0.034<0.5。经验表明,变压器存在磁路过热性故障。这些判据与󰀁导则󰀁中的三比值法(见表3)比较,有三个比值项是相同的,进而使用判断磁路与导电回路的过热性故障分析方法再行比较,比值组合为02C2(CH4/H2=1~3之间,编码记为2C;CH4/H2󰀁3,则记为2D)。

综上所述,此故障应属磁路过热性故障。在1995年改造过程中,在器身烘干结束后做中间试验时发现,该铁心存在多点接地(后处理合格),但现场测量铁心接地引下线电流约0.1A,又不能武断地下

单位:󰀁L/L

事故性质高温过热性故障,ra󰀁0.5高温(822󰀁)过热性故障同上,T=793󰀁同上,T=793󰀁同上,T=815󰀁

2.2

同上,T=822󰀁同上,T=816󰀁

*

表3󰀁白1号主变气相色谱分析结果一览表

CH4C2H6C2H4C2H2󰀁CHO2

CO

CO2

三比值绝对产气率编码002

ra/mL󰀁h-1

9.52

16114088586894

234567

1999.4.121999.4.161999.4.121999.5.61999.5.61999.5.18

下部下部下部上部下部下部

87828818012192

878183976962

263328343235

218224196271268280

7.5338.596924695.4343.538774857.7314.775475458811

4109944565377592963438810376509

648729816892984975

022022002002002002

0.870.6

󰀁*表中温度T是利用日本月冈、大江等人提出的试验公式:T=322ln(C2H4/C2H6)+525󰀁计算出来的。

󰀁42󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁变压器

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第37卷时,便可听到高压侧B相有类似木棰敲击的清脆放电声,即停止试验。吊心检查,三相高压套管底部均有雨水渗入迹象,在该主变高压引线正下方盘根面上均留有块状锈蚀斑痕,B相绕组高压引出线绝缘较长一段被毁变裸。检查三相高压套管将军帽处垫圈,均有不同程度的偏离,B相尤为严重,致使主变在长期运行中,雨水可沿高压套管内壁渗至箱体内,雨越大,渗漏现象越严重,而B相尤甚。运行中,受雨水侵袭的导线在高场强作用下形成局部放电,使该处绝缘逐渐损伤直至变裸。而在绝缘烧损过程中,分解大量气体,致使气体继电器动作,主变失电。2.3.2󰀁故障处理

由于B相绕组引线破坏严重,加之生产用电限制修复时间,被迫将该主变退出运行,新换一台同型主变。

2.4󰀁白2号主变故障诊断及处理

1999年3月10日~26日,白2号主变有载调压开关气体继电器两次发出动作信号。临时停电检

此结论。

2.2.1.3󰀁补充电气试验

为确定故障性质及部位,1999年5月17日,对该主变进行空载试验,发现空载电流增大了21%,空载损耗增长了8.5%,ab相、bc相应为对称磁路,但ab相损耗比bc相损耗大8%~10%,大大超出应<3%的标准要求。试验后,再做包括变比试验在内的整组电气试验,均符合要求,而铁心绝缘值为零。至此,可以确定该主变的故障为多点接地故障。该主变在1995年大修时曾发现ab相下铁轭硅钢片鼓包碰到穿心螺杆使铁心接地。虽经处理,由于运行中机械力作用,可能使其固定夹件松动,再次形成了多点接地。

图1󰀁限制主变多点接地临时措施电气原理图

KR

100A空气开关󰀁D

200A、800V硅堆

150󰀁、200V、5A的固定式和可调式电阻

查,发现开关气体继电器的试验按钮损坏,重瓦斯接点不通(内部锈蚀严重,接点损坏)。整组电气试验说明该主变器身绝缘及导电回路良好。

2.4.1󰀁原因分析

3月29日,该主变停运更换开关气体继电器,吊检、测试调压开关,除发现切换开关放电间隙放电外,无其它异常,符合技术要求。用合格油冲洗后再准备投运时,发现刚换的油耐压仅达24kV,不合格;再次冲洗换油,油耐压更低,用试管烧灼油样有啪啪的声响,说明油含水分。第二天,再次吊检调压开关。检查时虽发现开关大盖局部有轻微渗水痕迹,但不致大量进水。而打开储油柜端头堵板后,发现其下部沉淀了厚厚一层白色水油胶乳状物,这正是使新换油变潮的污染源,由于油从储油柜顶部油堵孔加入,使储油柜底部存积水分带入开关油筒内。这也是开关气体继电器两次动作的原因,由于油受潮其绝缘性能急剧下降,在分接切换过程中,使放电间隙放电,同时产生大量的气体令气体继电器动作。

经现场反复检查,排除其它可能性,最终判定调压开关进水的原因为:储油柜下部吸湿器在五年内未对其进行检修,其内硅胶早已失去吸潮作用,而里面金属网锈蚀损坏,这给潮气进入提供了通道,在主变负荷变化和昼夜温差作用下,潮气甚至雨水伴随呼吸现象吸入储油柜直至调压开关。另外,安装在储油柜端面密封圈密封不严,雨天亦可直接进水,且平时难以发现。2.2.1.4󰀁临时运行措施

由于该主变一时无法停运,必须坚持运行至5月底,只好临时采取图1所示的方法,试图强迫其铁心只在一点接地方式下运行。在K断开时,可以将接地引下线中流过的电流限制在30mA以下。2.2.2󰀁故障处理

1999年5月29日,对该变吊罩检查,未发现器身有明显缺陷。上夹件对铁心绝缘合格,但在测量下夹件对铁心绝缘时,可听到明显的放电声,且绝缘阻值为零。将器身吊起,在检查其低压侧ab相底部时,发现穿心螺杆、下侧夹件与铁轭间有放电痕迹,但夹件与铁轭间已无连接点,经分析认为是在起吊过程中该连接点自然分离所致。现场处理并加垫绝缘垫块、使其绝缘后,再测量,绝缘电阻合格,故障清除,多点接地现象消失。投运后,该主变色谱分析结果正常,铁心对地绝缘电阻合格。2.3󰀁原茅2号主变故障2.3.1󰀁故障诊断

1998年6月1日,中雨,原茅2号主变重瓦斯动作,主变停电。绝缘电阻及电气试验均合格,但色谱取样结果表明是三比值编号为002的高能量过热性故障并伴随有电弧击穿现象(有关试验分析结果从略)。后为进一步判断故障,在做空载试验升压不久󰀁第11期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁陈世青:电力变压器故障诊断与处理󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁43󰀁󰀁

2.4.2󰀁故障处理

据此,现场对所有可能进水的薄弱环节一一进行处理,更换了所有密封圈和吸湿器(规定今后一年更换一次),严防潮气侵入调压开关。经过一段时间运行和微水跟踪分析,发现仍未彻底根除调压开关的潮气(见表4)。

表4󰀁白2号主变有载调压开关油耐压及微水分析结果一览表

取样日期1998.12.171999.3.291999.3.301999.4.61999.4.121999.4.121999.4.191999.4.231999.5.6

油耐压值/kV

392430231848254041

519015763223

换油后换油后跟踪换油前换油后换油前跟踪投运后

油微水分析数据

/󰀁L󰀁L-1

备󰀁注

磁路部分因资金原因没有大修。笔者认为,对这样的关键设备,不宜采取󰀁修一半、丢一半󰀁的办法。

(3)检修质量尚存不足。如上所述,由于主变等主设备严重老化,正处于多病的高峰期,容不得半点闪失。往往是牵一发而动全身,一处小小的失误(如原茅2号主变密封圈没有垫正,白2号主变吸湿器漏检等),会造成较大的故障并给公司带来重大经济损失和无谓的人力、财力投入。

5󰀁几点建议

(1)从4次故障看,将变压器的气相色谱分析、微水分析结果,与历年或改造后的变压器常规电气试验结果相比较,进行综合分析、诊断,必要时,还须辅以空载试验、短路试验等特殊试验,对快捷、准确判定主变故障的性质、故障的部位起着十分重要的作用。而且就气相色谱、微水试验结果分析而言,不同的油样、不同的分析方法、不同的部位取样等等都将直接影响到事故的查找速度与应对措施。因此,必须持之以恒地注意主设备试验设备、试验方法的研究与改进,坚持试验判据的及时整理、归档与积累,用创新的方法积极有序地不断提高工程技术人员对现场事故综合分析、判断和驾驭事故处理的能力。

(2)必须加大电网主设备技改资金投入力度,加快设备更新换代步子。就十堰供电局而言,这几年利用国家政策扶持新建、新上的主变压器超前东风公司电网主变已达二三十年。因此,以科学的态度重新审视我们的投资理念势在必行。必须重视给电网󰀁四主󰀁(主设备、主绝缘、主保护、主线路网络)投入资金,以加快已到或将近到使用寿命周期电力产品的换型、改造。

(3)必须强化电力部门管理整个东风公司电力系统的权威性。要改善主变的运行环境,除注重提高其检修质量外,还应尽快改善专业厂配电所的专业管理水平和设备运行环境。众所周知,管电网必须管源头到源尾,因此,必须象重视110kV变电站的专业管理那样重视专业厂配电所及其设备的管理,并由电力部门统管全过程。这才是根本改善主变运行环境的最佳选择和唯一途径。

(4)采用各种技术措施,加大10kV母线系统改造换型力度。对与主变安全运行密切相关的10kV母线系统,采取加大外绝缘爬距、10kV断路器实现无油化,开关柜实现󰀁四全五防󰀁、提高主变保护继电器的动作时限(由原0.5󰀁缩到0.3󰀁)等措施,将对改善主变安全运行环境起到十分有益的效果。󰀁󰀁从表4中可见,随着时间的推移,油耐压水平下降很快,而油中水分却不断增长,这说明开关本体已整体严重受潮。4月19日~21日,将切换开关进行连续37h的干燥,待达到要求后于21日下午重新投入使用。5月6日该故障处理告终。

3󰀁故障的性质分类

从上述四起故障的诊断、处理看,可简单地归结为以下两类(参见表1)。

(1)磁路故障,高温过热且伴有局部绝缘损伤(如花1号主变、白1号主变)。

(2)检修质量故障。在主变周检或大修、投运前没有严格执行工艺规程和纪律,使设备长期带病运行(如茅2号主变,白2号主变)。

4󰀁应吸取的教训

主变能否安全、经济、可靠运行与出力,取决于本身的制造质量和运行环境以及检修质量。从这几次故障中,我们起码应从中吸取以下教训:

(1)必须加强10kV用户的安全用电管理。以花果、白浪变电站主变为例,两年时间内,同一台主变低压侧受37次短路冲击,其器身严重扭曲已到累积变形的极限。这样一种状况,如果不尽快加以改善,是难以确保主变安全的。

(2)技改资金投入不足。自1990年来,尽管电力处多方筹措资金,对文革期间生产的大多数薄绝缘主变进行了导电回路及其绝缘部分改造大修,但第37卷󰀁第11期变压器

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2000年11月TRANSFORMER

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁November󰀁󰀁2000

Vol.37

No.11

互感器油中氢含量超标的处理

徐康健,朱遥远

(金华电业局,浙江金华321001)

我们把这种现象与金属膨胀器联系起来。

金属膨胀器由不锈钢合金制成,合金中的镍是一种著名的加氢、脱氢催化剂。我们知道,环烷烃是

石油的主要成分之一,环烷烃中有一种环己烷,它在石油中的含量约在0.5%~1%之间。在炼油过程中,由于工艺条件的限制,难免要在变压器油的馏分中残留下少量包括环己烷在内的轻质馏分。环己烷在一定的条件下会发生脱氢反应,即

催化剂1󰀁前言

近些年来,我局110~220kV电压、电流互感器油中氢超标的台数越来越多。这些互感器除油中氢超标外,其它特征气体都很少或为零,且水分含量亦均在合格范围内,故可排除油中的氢气是由水分电解或设备内部故障而产生的。为了解决油中氢含量超标问题,首先必须找出其产气原因,然后制定出相应的处理方法。

+3H2

2󰀁氢的产生

通过分析发现,众多互感器出现油中氢超标是从互感器采用金属膨胀器技术后开始的,这自然使

反应是可逆的,镍在这个反应中具有双向催化作用。

在催化作用过程中,物理吸附能明显降低其后进行的化学吸附的活化能。由于油在运行中受到电

󰀁󰀁(5)严格工艺纪律,提高检修、运行乃至调度人员的工作责任心和岗位技能,在预防事故和设备维修方面多一些超前意识、危机意识、主人翁意识、工艺纪律意识和自我约束、自我改善意识等,对保证主变安全运行至关重要。

参考文献

[1]󰀁操敦奎.变压器油中气体分析与诊断[M].武汉:水利

电力企业管理协会,1987.

[2]󰀁陈化钢.电力设备预防性试验技术问答[M].北京:水

利水电出版社,1998.

FaultDiagnosisandTreatmentofPowerTransformers

CHENShi󰀁qing

(DongFengMotorCorporation,Shiyan442000,China)

Abstract:Thefaultsareanalysedanddiagnosedwhicharetakenplacein110kVpowertransformersofDongFengElectricNetworkinthepasttwoyears.Combinedwiththetreatmentofthesefaults,correspondingsuggestionsaregiven.

Keywords:Powertransformer;Fault;Diagnosis

收稿日期:2000-01-05

作者简介:陈世青(1962-),男,湖北十堰人,东风汽车公司电力处高级工程师,从事电力系统高电压技术及设备工作。