王海濱，張樹亮，謝 達(dá)

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司滄州供電公司，河北 滄州 061000；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 050000)

一起35 kV變壓器內(nèi)部過(guò)熱故障的分析與判斷

王海濱1，張樹亮1，謝 達(dá)2

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司滄州供電公司，河北 滄州 061000；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 050000)

針對(duì)某35 kV變壓器常規(guī)油色譜分析發(fā)現(xiàn)特征氣體含量異常的情況，采用特征氣體含量和三比值法進(jìn)行故障類型診斷，利用電氣試驗(yàn)檢查、確認(rèn)故障類型和部位，判斷該故障原因及缺陷部位，并通過(guò)吊罩檢查、局部解體證實(shí)了分析的正確性，同時(shí)提出了對(duì)應(yīng)的防范改進(jìn)措施，從而保證了變壓器的安全運(yùn)行。

變壓器;鐵芯;多點(diǎn)接地;色譜分析

0 缺陷概述

2015-12-16，試驗(yàn)人員在對(duì)某35 kV變電站2號(hào)主變(型號(hào)SZ9-10000/35，額定電壓35±3× 2.5 %/10.5 kV，出廠時(shí)間2004年4月)進(jìn)行油色譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備油中總烴1 658 μL/L(遠(yuǎn)超150 μL/L的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))，乙炔(C2H2)9.52 μL/ L(超過(guò)5 μL/L的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn))。測(cè)試主變鐵芯對(duì)地絕緣電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)其阻值為0。

吊罩檢查發(fā)現(xiàn)，硅鋼片下腳料在電磁場(chǎng)的作用下形成導(dǎo)電小橋，將鐵芯與夾件短接，造成多點(diǎn)接地，設(shè)備存在重大隱患。同時(shí)，試驗(yàn)過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，高壓側(cè)繞組(35 kV側(cè))運(yùn)行分接檔位繞組直流電阻超標(biāo)，相間互差達(dá)到17.83 %，遠(yuǎn)超±2 %的警示值。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，有載分接開關(guān)A相動(dòng)靜觸頭嚴(yán)重過(guò)熱燒傷，放電痕跡明顯?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)上述缺陷及時(shí)進(jìn)行了處理，消除了安全隱患。

1 特征氣體含量測(cè)試及分析

2015-12-16，試驗(yàn)人員對(duì)2號(hào)主變進(jìn)行油色譜試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)油中特征氣體含量異常，總烴和C2H2含量均超試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》，計(jì)算三比值，指示為存在高于700 ℃的高溫缺陷。特征氣體中CH4和C2H4的含量最大，CC2H4+CCH4占總烴含量的80 %以上，且CC2H4＞CCH4＞CC2H6＞CC2H2，呈遞減規(guī)律，符合過(guò)熱故障的氣體特征。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式T=322 lg(CC2H4/CC2H6)+525計(jì)算，估計(jì)故障部位溫度達(dá)到833 ℃。

根據(jù)編碼所對(duì)應(yīng)的故障類型，判斷引起變壓器過(guò)熱的原因可能有以下幾種：

(1) 分接開關(guān)接觸不良；

(2) 引線連接不良；

(3) 導(dǎo)線接頭焊接不良，局部短路引起發(fā)熱；

(4) 鐵芯多點(diǎn)接地，鐵芯局部短路等。

計(jì)算CCO2/CCO=5.93，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)比值低于3或高于7時(shí)，可能存在固體絕緣分解故障，因此初步判斷未發(fā)生涉及固體絕緣的故障，而可能是裸金屬的過(guò)熱。鐵芯是變壓器中的主要裸金屬部件，所以很可能是變壓器鐵芯引起的問(wèn)題：鐵芯多點(diǎn)接地或鐵芯硅鋼片間絕緣損壞，需要再配以電氣測(cè)量方法加以確定。理論分析和實(shí)踐表明：鐵芯多點(diǎn)接地時(shí)，其故障點(diǎn)或故障部分的溫度多在700-1 000 ℃之間，其熱量來(lái)源有：(1) 正常負(fù)載的磁通在鐵芯故障部位的磁滯和渦流損耗；(2) 2點(diǎn)接地間的環(huán)流在鐵芯故障部位的有功損耗。后者往往占絕大部分。

故障性質(zhì)明確后，為進(jìn)一步確定故障原因，對(duì)主變采取了帶電紅外測(cè)溫及停電測(cè)試，包括鐵芯對(duì)地絕緣電阻、繞組介損因數(shù)tanδ、繞組直流電阻、有載分接開關(guān)的過(guò)渡波形等項(xiàng)目。

2 電氣試驗(yàn)檢查及分析

2.1 鐵芯對(duì)地絕緣電阻測(cè)試

打開鐵芯接地連接線，通過(guò)鐵芯外引線用2 500 V兆歐表測(cè)量鐵芯對(duì)地絕緣電阻，阻值為0，進(jìn)一步證實(shí)鐵芯可能存在多點(diǎn)接地故障。

電氣試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了油色譜分析的結(jié)論。

2.2 直流電阻測(cè)試

對(duì)該變壓器進(jìn)行了所有分接檔位繞組的直流電阻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)(35 kV)A相1-7檔的直流電阻值較正常值明顯偏大，尤其是運(yùn)行檔位3，4分接位置時(shí)，三相直流電阻不平衡率最大達(dá)到了19.43 %；B相6，7分接位置直阻較正常值偏大較多，約5 %-7 %；其他檔位直流電阻值無(wú)明顯異常；每相鄰檔位間的直流電阻極差約為7 mΩ，說(shuō)明A，B相的公用部分導(dǎo)電回路存有接觸性的故障。低壓繞組直阻未發(fā)現(xiàn)異常。高壓側(cè)直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 2015-12-28測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比 mΩ

表2 2010-11-08測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比 mΩ

依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定：各相繞組電阻相間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2 %(警示值)；無(wú)中性點(diǎn)引出的繞組，線間差別不應(yīng)大于三相平均值的1 %(注意值)；同相初值差不超過(guò)±2 %(警示值)。

測(cè)量繞組直流電阻能檢查繞組焊接質(zhì)量，繞組有無(wú)層間、匝間短路，是否存在繞組斷股或引出線折斷，繞組是否發(fā)生1處或幾處斷線，分接開關(guān)及導(dǎo)線接頭接觸是否良好等，是判斷各相繞組直流電阻是否平衡、調(diào)壓開關(guān)檔位是否正確的有效手段。

為確保測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)誤，首先用排除法排除了導(dǎo)致變壓器繞組直流電阻異常的各種非故障性因素。

(1) 根據(jù)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)可排除引線電阻差異和導(dǎo)線質(zhì)量原因造成的直流電阻不平衡率超標(biāo)。

(2) 詳細(xì)檢查試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)接線。檢查試驗(yàn)引線的夾子，結(jié)果顯示彈性及接觸面均良好，試驗(yàn)引線無(wú)斷線。重新測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，測(cè)出的直流電阻數(shù)據(jù)與之前的一致，可排除因儀器的損壞、測(cè)量接線錯(cuò)誤而引起的數(shù)值異常。

2.3 其他測(cè)試項(xiàng)目

在該主變停運(yùn)前(帶正常負(fù)荷)，對(duì)主變進(jìn)行了紅外測(cè)溫，未發(fā)現(xiàn)明顯過(guò)熱現(xiàn)象；停電測(cè)試了繞組介損因數(shù)tanδ、有載分接開關(guān)的過(guò)渡波形等項(xiàng)目，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2.4 故障點(diǎn)判斷

綜合上述分析，可進(jìn)一步判斷故障點(diǎn)不在主絕緣部位，而可能在變壓器內(nèi)部同時(shí)存在著有載分接開關(guān)故障和鐵芯多點(diǎn)接地故障。變壓器發(fā)生鐵芯多點(diǎn)接地故障的原因主要有：

(1) 鐵芯碰殼、碰夾件；(2) 油箱內(nèi)有金屬異物，使硅鋼片局部短路；(3) 鐵芯絕緣、夾件絕緣、墊鐵絕緣、紙板或木塊絕緣受潮或損壞等，導(dǎo)致絕緣電阻下降；

(4) 制造變壓器油箱和散熱器時(shí)焊渣清理不徹底，在油流和電磁力的作用下(變壓器運(yùn)行時(shí))，雜質(zhì)往往被堆積在一起，形成導(dǎo)電小橋，使鐵芯與油箱壁或箱底短接。

引起直流電阻超標(biāo)的原因應(yīng)該是變壓器有載分接開關(guān)部分存在接觸不良故障。

3 吊罩檢查及缺陷處理

在確定變壓器可能存在鐵芯多點(diǎn)接地故障和導(dǎo)電回路故障后，為進(jìn)一步查明過(guò)熱故障原因，查找故障點(diǎn)的具體位置，決定對(duì)該變壓器吊罩進(jìn)行檢查，以便確定缺陷位置。

3.1 有載分接開關(guān)檢查及缺陷處理

將有載分接開關(guān)吊出檢查，發(fā)現(xiàn)A相分接開關(guān)3，4檔(運(yùn)行檔位)動(dòng)靜觸頭存在嚴(yán)重過(guò)熱燒傷情況，觸頭間放電痕跡比較明顯，動(dòng)靜觸頭放電熔化后的碎屑堆積在油箱底部，動(dòng)靜觸頭間幾乎沒(méi)有可靠連接點(diǎn)，動(dòng)靜觸頭主要通過(guò)高壓間隙放電導(dǎo)通，如圖1所示。

圖1 有載分接開關(guān)

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)行中分接開關(guān)一直在3或4檔運(yùn)行，由于動(dòng)靜觸頭接觸的彈簧壓力不均衡，動(dòng)靜觸頭接觸壓力不夠，接觸不到位或者觸頭接觸處臟污等原因，使得分接開關(guān)動(dòng)觸頭與靜觸頭接觸不良，造成接觸電阻增大，通過(guò)強(qiáng)電流時(shí)不斷引起發(fā)熱，致使觸頭發(fā)熱，溫度升高。而過(guò)熱又會(huì)進(jìn)一步促使接觸電阻增大，加劇過(guò)熱現(xiàn)象，嚴(yán)重發(fā)熱時(shí)造成接觸面過(guò)熱燒蝕或產(chǎn)生放電現(xiàn)象燒蝕接觸面。若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)此缺陷，將嚴(yán)重威脅主變安全運(yùn)行。

技術(shù)人員對(duì)接觸點(diǎn)進(jìn)行處理，并更換了3相動(dòng)靜觸頭等零部件，重新緊固。回裝后再次測(cè)量時(shí)數(shù)據(jù)已恢復(fù)正常，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，確認(rèn)合格，缺陷得以消除。

檢查發(fā)現(xiàn)有載分接開關(guān)與變壓器本體之間密封良好，無(wú)貫通部位，雖然有載分接開關(guān)存在嚴(yán)重過(guò)熱故障，但不是造成主變特征氣體超標(biāo)的原因。

3.2 本體各部位檢查及缺陷處理

吊開鐘罩后，測(cè)試鐵芯絕緣電阻，阻值依然為0，說(shuō)明接地點(diǎn)不在鐵芯與外殼箱壁之間。檢查鐵芯、鐵軛及各部分夾件，無(wú)破損或明顯接地痕跡，各夾件紙板也未變形、移位、破損或脫落，上、下鐵軛表面硅鋼片無(wú)突起，內(nèi)部各部件無(wú)變形、無(wú)碰撞、摩擦及過(guò)熱痕跡，鐵芯底部無(wú)明顯可引起導(dǎo)電小橋的堆積雜質(zhì)。因此可能是變壓器油箱中落入金屬異物，如鐵釘、短鋼絲、金屬工具、焊條頭等使鐵芯疊片和箱底溝通，在鐵芯的某點(diǎn)和接地部位間形成“小橋”，造成鐵芯接地。

經(jīng)分析，認(rèn)為在變壓器制造或大修過(guò)程中，可能有微小硅鋼片下腳料等被遺留在變壓器油箱內(nèi)。由于鐵芯下層雖墊有墊塊，但鐵芯對(duì)夾件的距離仍然很小，當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)，在這一空間有相當(dāng)大的漏磁，在漏磁場(chǎng)(電磁場(chǎng))和油循環(huán)的作用下，下腳料隨油流運(yùn)動(dòng)沉積至油箱底部。隨著運(yùn)行振動(dòng)，下腳料逐漸向油箱底部最近的一級(jí)硅鋼片(即鐵芯厚度方向的中央)移動(dòng)，以致被吸起來(lái)，豎起，形成導(dǎo)電“小橋”，造成鐵芯與接地的夾件橋接，從而構(gòu)成鐵芯多點(diǎn)接地通道，引起局部溫度升高乃至高溫過(guò)熱，使變壓器油化學(xué)分解，產(chǎn)生各種氣體。此次故障位置很可能是在鐵芯接地部位或夾件接地部位，有可能是一種懸浮搭接的流動(dòng)物，因此決定著重檢查上下夾件與鐵芯之間、鐵芯柱與拉板之間有無(wú)異物。

技術(shù)人員對(duì)上述部位進(jìn)行清理檢查。經(jīng)反復(fù)查找，發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯底部隱蔽處有一硅鋼片下腳料(長(zhǎng)約22 mm，寬約0.5 mm)，搭在鐵芯與夾件之間，前端有明顯的燒焦、放電痕跡，對(duì)應(yīng)鐵芯下部下軛鐵處有放電點(diǎn)，有放電變黑痕跡。由于鐵芯夾件結(jié)構(gòu)為鐵芯通過(guò)套管引至油箱外部接地，夾件直接與油箱接地，因此可判斷為變壓器下部鐵芯與下夾件存在短接情況。取出該下腳料后，再測(cè)試鐵芯對(duì)地絕緣，其電阻達(dá)到1 000 MΩ以上，接地故障已消除。本次接地故障為金屬雜物將夾件與鐵芯短接所引起的金屬性短路，若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，將造成鐵芯局部過(guò)熱甚至將鐵芯燒損。

硅鋼片下腳料清除后，抽真空進(jìn)行脫氣注油。該主變投入運(yùn)行后，變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)均小于導(dǎo)則規(guī)定的注意值(見表3)，這充分證明變壓器鐵芯接地故障已被徹底消除。

經(jīng)過(guò)上述檢查和分析后，發(fā)現(xiàn)造成此次故障的原因是變壓器制造、現(xiàn)場(chǎng)裝配及施工中不慎遺落金屬異物(硅鋼片下腳料)。當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)，在油流循環(huán)和電磁場(chǎng)的作用下，硅鋼片下腳料搭接在夾件與鐵芯的絕緣表面上，形成導(dǎo)電小橋，使鐵芯與夾件相碰造成接地。

表3 油色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

4 改進(jìn)措施

4.1 提高設(shè)備制造、安裝、檢修管理水平

在變壓器制造、安裝、大小修的過(guò)程中，各項(xiàng)工作均應(yīng)符合工藝要求，嚴(yán)格按照工藝規(guī)程的規(guī)定施工，嚴(yán)防在變壓器內(nèi)遺留物品、雜質(zhì)，特別是要將油箱內(nèi)的鐵磁雜物清掃干凈。

4.2 加強(qiáng)變壓器設(shè)備驗(yàn)收及運(yùn)維監(jiān)督

運(yùn)維部門應(yīng)嚴(yán)把交接試驗(yàn)關(guān)及投運(yùn)前的吊罩檢查關(guān)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障苗頭和隱患。對(duì)油中溶解氣體進(jìn)行色譜分析能較準(zhǔn)確地判斷變壓器故障性質(zhì)與嚴(yán)重程度，因此應(yīng)按規(guī)程定期進(jìn)行油色譜分析。變壓器鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地時(shí)，鐵芯接地電流將明顯增加，所以對(duì)通過(guò)小套管引出接地的變壓器，應(yīng)將其接地引線引至適當(dāng)位置，便于在運(yùn)行中定期檢測(cè)鐵芯接地電流。對(duì)于不具備測(cè)試條件的接地引線，建議對(duì)其進(jìn)行改造，以便在運(yùn)行中測(cè)量鐵芯接地電流。

變壓器內(nèi)部是否存在鐵芯多點(diǎn)接地故障，利用油色譜分析、鐵芯對(duì)地絕緣電阻、鐵芯接地電流進(jìn)行綜合分析判斷是有效的，因此加強(qiáng)對(duì)主變的電氣試驗(yàn)和油的監(jiān)督十分重要。將上述測(cè)試工作與狀態(tài)檢修工作相結(jié)合開展設(shè)備評(píng)估，做好疑似缺陷的分析工作，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中存在的不足，及時(shí)消除隱患。另外，從這次變壓器鐵芯故障排除過(guò)程中認(rèn)識(shí)到，故障一般是由不同的原因引起的，切不可忽視任何一個(gè)方面，當(dāng)找到一個(gè)故障時(shí)，不能放棄其他試驗(yàn)檢查。

4.3 加強(qiáng)變壓器的出廠檢查

變壓器在出廠時(shí)應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量檢查工作，特別是對(duì)導(dǎo)電回路的檢查，必須可靠連接，各類緊固件必須按規(guī)定力矩緊固到位，保證接觸面的可靠導(dǎo)電。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)主變內(nèi)部缺陷位置的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、分析定位，發(fā)現(xiàn)特征氣體含量超標(biāo)的直接原因是金屬異物(硅鋼片下腳料)靠近鐵芯下部與夾件，鐵芯與夾件短接造成接地，引起局部溫度升高，甚至高溫過(guò)熱，造成變壓器油加速化學(xué)分解直至裂變分解，形成上述氣體。在缺陷排查過(guò)程中，還發(fā)現(xiàn)了有載分接開關(guān)動(dòng)靜觸頭過(guò)熱燒蝕的缺陷，并及時(shí)進(jìn)行了處理。只有從多方面采取有效、可靠措施加以防范、改進(jìn)，才能防止缺陷再次發(fā)生，確保變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 國(guó)家電網(wǎng)公司．Q/GDW 1168—2013輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2013.

2 國(guó)家能源局．DL/T 722—2014變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2014.

3 操敦奎．變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2005.

2016-03-14；

2016-06-24。

王海濱(1975-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電力設(shè)備的技術(shù)監(jiān)督工作，email: wanghaibin88@sohu.com。

張樹亮(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電力設(shè)備的技術(shù)監(jiān)督管理工作。

謝 達(dá)(1975-)，男，高級(jí)工程師，主要從事電力安全質(zhì)量監(jiān)察管理工作。