黃 明，李 杰，安瑞峰

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原 030001）

某220 kV變壓器套管故障診斷分析與處理

黃 明，李 杰，安瑞峰

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原 030001）

指出了變壓器是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，套管是變壓器的重要組成附件，套管故障不但會(huì)影響自身，還會(huì)波及到周?chē)考罢麄€(gè)變壓器。詳細(xì)分析了一起由于套管設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致局部放電，引起主變壓器乙炔含量超標(biāo)的事故。通過(guò)對(duì)變壓器返廠解體，最終定位了缺陷位置，對(duì)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，提出了具體處理措施。另外，為了驗(yàn)證故障分析的準(zhǔn)確性，還制定了模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的試驗(yàn)方案。

變壓器；套管設(shè)計(jì)缺陷；局部放電

0 引言

某變壓器套管是將變壓器內(nèi)部的高、低壓引線引到油箱外部的出線裝置，它是變壓器的重要組件之一，同時(shí)也是變壓器出現(xiàn)故障率較高的部位之一。套管故障不但會(huì)造成自身的損壞，而且一旦發(fā)生爆炸還會(huì)波及周?chē)考罢_(tái)變壓器。近年來(lái)，運(yùn)行中套管的故障率呈上升趨勢(shì)，應(yīng)高度重視對(duì)變壓器套管的維護(hù)和管理，加強(qiáng)試驗(yàn)與監(jiān)測(cè)，對(duì)于存在的隱患及時(shí)采取防范措施[1]。

1 設(shè)備基本情況與油色譜監(jiān)測(cè)情況

該變壓器于2012年7月出廠，設(shè)備主要參數(shù)如表1所示。2013年1月28日做的留底試驗(yàn)，2013年2月投運(yùn)并按照國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行了4次投運(yùn)后試驗(yàn)與秋檢試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。2014年4月21日的例行試驗(yàn)檢查中發(fā)現(xiàn)乙炔含量數(shù)值超過(guò)注意值，色譜數(shù)據(jù)如表2所示。檔案資料顯示該主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)油室密封完好，無(wú)帶油補(bǔ)焊記錄，無(wú)大修或?yàn)V油記錄，投運(yùn)前后色譜試驗(yàn)結(jié)果正常，排除了非故障產(chǎn)氣的可能性。

通過(guò)計(jì)算 3比值編碼（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6）為112，依據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》GB/T7252—2001判斷，該主變壓器存在高能量放電。從變壓器油色譜數(shù)據(jù)中各烴類(lèi)的含量分析，屬于裸金屬放電故障類(lèi)型[2]。

2 故障排查與分析處理

2.1 主變壓器診斷試驗(yàn)

供電公司檢修部門(mén)對(duì)該主變壓器進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)，包括短路阻抗、絕緣電阻、吸收比、泄漏電流、介損、電容量、直流電阻、變比、誤差試驗(yàn)值，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常。對(duì)該主變壓器進(jìn)行高壓、中壓、低壓繞組變形試驗(yàn)，三相繞組均正常無(wú)明顯變形現(xiàn)象。從診斷試驗(yàn)情況分析，該主變壓器的測(cè)試數(shù)據(jù)完好，可以排除線圈的故障問(wèn)題。

2.2 主變壓器內(nèi)部檢查情況

為了盡快排除故障，于2014年5月6日進(jìn)行停電檢修，對(duì)主變壓器進(jìn)行放油，安排人員進(jìn)入變壓器油箱內(nèi)部進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)中壓B相升高座夾持木件上有少量的碳黑。

表1 變壓器主要設(shè)備參數(shù)

表2 變壓器油色譜數(shù)據(jù)

根據(jù)主變壓器內(nèi)部檢查的情況，懷疑中壓B相套管內(nèi)可能存在有放電點(diǎn)。為了進(jìn)一步徹底排查故障原因，發(fā)現(xiàn)放電部位，與廠家協(xié)商后，于2014年5月12日，對(duì)中壓B相套管進(jìn)行解體檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)中壓B相引線接線頭部分變色并有碳黑，如圖1所示；中壓B相套管接線頭內(nèi)螺紋檢查發(fā)現(xiàn)有疑似放電點(diǎn)，如圖2所示。

圖1 中壓B相引線接線頭

圖2 中壓B相套管接線頭

2.3 故障處理

a）對(duì)中壓B相引線接線頭用砂紙進(jìn)行清理、去除毛刺等。

b）對(duì)由于接觸不良而導(dǎo)致產(chǎn)生毛刺的中壓B相套管接線頭進(jìn)行更換。

該變壓器故障處理完畢后，復(fù)裝所有附件，變壓器按工藝重新真空處理、真空注油，靜置24 h后，進(jìn)行投運(yùn)前試驗(yàn)。所有試驗(yàn)合格后，于2014年5月20日投運(yùn)。

2.4 油色譜數(shù)據(jù)跟蹤監(jiān)測(cè)

該變壓器投運(yùn)后，繼續(xù)對(duì)油色譜跟蹤監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)乙炔產(chǎn)生速率仍然很快，色譜數(shù)據(jù)如表3所示。

該變壓器投運(yùn)一周后2014年5月28日，乙炔的體積分?jǐn)?shù)漲至2.84μL/L，2014年6月5日，乙炔的體積分?jǐn)?shù)漲至4.07μL/L，其他氣體也有所增加，低于注意值。變壓器經(jīng)過(guò)檢修、脫氣處理后，如無(wú)內(nèi)部故障，油中烴類(lèi)氣體的含量會(huì)有上升的過(guò)程，這是由于吸附于絕緣紙板等部分的特征氣體緩慢析出的結(jié)果。在隨后的繼續(xù)監(jiān)測(cè)中，發(fā)現(xiàn)乙炔含量依然呈上升趨勢(shì)，并且產(chǎn)氣速度很快，2014年6月15日，達(dá)到了12.60μL/L?？紤]到情況的嚴(yán)重性，于2014年6月26日對(duì)該主變壓器停電，決定進(jìn)行返廠檢修。

3 返廠解體檢查情況與故障原因分析

3.1 返廠解體檢查情況

該變壓器于2014年7月4日返廠進(jìn)行解體，具體檢查情況為剩油中還是存在微量的乙炔，老化試驗(yàn)后的介損和酸值正常；磁屏蔽整體檢查無(wú)異常；三相鐵芯檢查無(wú)異常；互感器分解檢查無(wú)異常；三相線圈解體無(wú)異常；套管介損、絕緣電阻檢測(cè)未見(jiàn)異常。中壓B相套管有黑色殘油，內(nèi)部有黑色污跡，如圖3、圖4所示。

表3 變壓器油色譜跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 中壓B相套管有黑色殘油

圖4 中壓B相套管內(nèi)部黑色油泥

3.2 疑點(diǎn)分析

整個(gè)解體檢查過(guò)程中未能發(fā)現(xiàn)明顯放電點(diǎn)，除中壓B相套管內(nèi)部有部分黑色污跡外，過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他疑點(diǎn)。所以對(duì)中壓B相套管內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)套管頂端的接線頭部位存在設(shè)計(jì)缺陷。

分析認(rèn)為該部位的引線接線頭鎖母在安裝時(shí)如未能完全擰緊，會(huì)導(dǎo)致鎖母與將軍帽之間存在間隙；另外，鎖母內(nèi)徑光孔與引線接線頭外螺紋之間也存在間隙，鎖母與定位銷(xiāo)為間隙配合，故在運(yùn)行振動(dòng)時(shí)，鎖母與引線接線頭易形成接觸不良，造成鎖母懸浮，導(dǎo)致鎖母與引線接線頭、套管內(nèi)壁鋁管之間放電，造成變壓器油的裂解，最終導(dǎo)致油色譜異常。

為驗(yàn)證分析的正確性，對(duì)中壓B相套管頭部鎖母內(nèi)外徑、將軍座內(nèi)徑、接線頭孔徑等附件的尺寸進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，數(shù)據(jù)為鎖母內(nèi)徑：φ49.03mm；外徑：φ76.92mm，其中鎖母稱重358 g，定位銷(xiāo)稱重29 g；將軍座內(nèi)徑：φ81.73mm；套管接線頭外徑M47.79mm，接線頭孔徑φ9.18mm，定位銷(xiāo)外徑7.95mm。

通過(guò)附件之間配合尺寸計(jì)算比較發(fā)現(xiàn)：

a）鎖母內(nèi)徑尺寸-接線頭外徑尺寸=49.03-47.79=1.24mm。

b）將軍座內(nèi)徑-鎖母外徑=81.73-76.92= 4.81mm。

c）接線頭孔徑-銷(xiāo)子外徑=9.18-7.95= 1.23mm。

d）鎖母安裝處軸向間隙3.29mm。

另外一個(gè)值得注意的問(wèn)題是，依據(jù)GB/T 7354—2003《局部放電試驗(yàn)》，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行局部放電試驗(yàn)時(shí)，局部放電量并沒(méi)有超標(biāo)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。如前分析色譜數(shù)據(jù)3比值編碼為112，說(shuō)明主變壓器內(nèi)部存在高能量放電，這種矛盾使分析工作一度陷入誤區(qū)，導(dǎo)致檢修工作難度加大。所以，可以看出局部放電試驗(yàn)對(duì)于套管頂端接線頭部位的放電點(diǎn)存在盲區(qū)。

表4 局部放電試驗(yàn)結(jié)果

4 具體處理措施與模擬運(yùn)行方案

a）對(duì)中壓B相引線接線頭用砂紙進(jìn)行清理、去除毛刺等。

b）對(duì)由于接觸不良而導(dǎo)致產(chǎn)生毛刺的中壓B相套管接線頭進(jìn)行更換。

確定模擬現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)方案，在出廠試驗(yàn)完成后，根據(jù)試驗(yàn)條件，增加考核項(xiàng)目。將變壓器和套管，包括更換下的套管同時(shí)進(jìn)行考核。具體方案如下：考核中除返廠變壓器外，選定1臺(tái)變壓器及工裝油箱，組合在一起，形成回路。返廠變稱作1號(hào)變壓器，負(fù)載用變壓器稱作2號(hào)變壓器，空載損耗101.65 kW,空載電流0.11%，中壓B相套管所安裝油箱稱作3號(hào)變壓器，按照?qǐng)D5所示進(jìn)行接線。

從1號(hào)變壓器低壓側(cè)施加三相1.05倍額定電壓（38.85 kV），此時(shí)1號(hào)變壓器和2號(hào)變壓器中壓側(cè)電壓為120.75 kV，3號(hào)變壓器原呂梁變中壓Bm相套管首末端電壓同為120.75 kV。1號(hào)變壓器中壓側(cè)通過(guò)電流為2號(hào)變壓器額定空載電流（約1 A）。模擬運(yùn)行結(jié)果合格后，該變壓器進(jìn)行投運(yùn)，投運(yùn)48 h后、投運(yùn)7 d后、投運(yùn)1個(gè)月后，對(duì)油色譜數(shù)據(jù)持續(xù)跟蹤，檢測(cè)數(shù)據(jù)正常，保證了該變壓器穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

電氣設(shè)備特別是超高壓電氣設(shè)備，油中乙炔含量是一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，往往是設(shè)備存在高溫過(guò)熱或放電性故障的征兆，應(yīng)慎重對(duì)待[3]。由于絕緣油分解過(guò)程十分復(fù)雜，氣體的含量與油種、固體絕緣材料，變壓器結(jié)構(gòu)、運(yùn)行年限以及取樣、誤差分析等多種因素有關(guān)，所以有時(shí)難以利用單一的分析診斷手段判斷故障性質(zhì)、故障部位[4]，要求在實(shí)際工作中對(duì)遇到問(wèn)題進(jìn)行綜合性分析，多種檢測(cè)手段加以配合，如果條件允許的情況下最好能夠?qū)收显O(shè)備進(jìn)行解體檢查或者通過(guò)技術(shù)手段模擬出故障運(yùn)行情況，從而徹底排除故障隱患，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 劉宏亮，劉海峰，岳國(guó)良，等.220 kV變壓器油紙電容式套管乙炔超標(biāo)分析[J].變壓器，2011，5（48）：68-71.

[2] 錢(qián)旭耀.變壓器油及相關(guān)故障診斷處理技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006：50-58.

[3] 操敦奎.變壓器運(yùn)行維護(hù)與故障分析處理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008:33-37.

[4]王凱杰.灤河發(fā)電廠5號(hào)主變乙炔含量超標(biāo)的診斷分析及處理[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，16（28）：90-92.

Diagnostic Analysis and Treatment of Acetylene Content Exceeding Occurred in 220 kV M ain Transformer

HUANG M ing，LI Jie，AN Ruifeng
（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Transformer is the key equipment to ensure the safe and stable operation ofpower system equipment.Bushing is the key accessory,thus,bushing failurewillnotonly affectbushings，butalso affect the surrounding componentsand the entire transformer.In this paper,itmakes a comprehensive analysis on an accidentofmain transformer acetylene contentexceeding due to partial discharge caused by bushing design defect.The defectposition was located after the transformer has been disintegrated.Finally，the causes of the faultare analyzed and treatingmeasuresareproposed based on theoperation conditions.

transformer；bushing design defects；partialdischarge

TM216+.5

B

1671-0320（2015）06-0030-04

2015-08-27，

2015-10-13

黃 明（1966），男，山西太原人，1998年畢業(yè)于上海大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理專業(yè)，工程師，從事電力設(shè)備管理工作；

李 杰（1985），男，山西長(zhǎng)治人，2013年畢業(yè)于北京科技大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)，博士，工程師，從事變電設(shè)備試驗(yàn)與技術(shù)監(jiān)督工作；

安瑞峰（1987），男，山西太原人，2013年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程專業(yè)，碩士，工程師，從事變電設(shè)備試驗(yàn)與技術(shù)監(jiān)督工作。