呂 欣

（遼勤集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110032）

引言

隨著冶金工業(yè)利用余熱余能自發(fā)電項(xiàng)目的陸續(xù)上馬投運(yùn)，并網(wǎng)變壓器必須提高消納能力以防止功率穿越運(yùn)行，不得不將燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)、高爐鼓風(fēng)機(jī)及軋鋼產(chǎn)線等大功率用電負(fù)荷轉(zhuǎn)至并網(wǎng)變壓器供電，進(jìn)而有效提高自發(fā)電比例，另為降本增效而采取停運(yùn)備用變壓器來(lái)減少基本容量電費(fèi)和有功功率損耗電度電費(fèi)支出，以致并網(wǎng)變壓器滿載運(yùn)行，加之沖擊性用電負(fù)荷的存在，甚至短時(shí)超載運(yùn)行，并網(wǎng)變壓器線圈繞組頻繁承受巨大電磁力變化的特殊運(yùn)行工況，存在發(fā)生嚴(yán)重故障的安全隱患。筆者通過(guò)一起色譜異常跟蹤分析和直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)診斷案例，判斷分析引線斷股故障點(diǎn)位置并提出解決問(wèn)題和處理措施，及時(shí)消除自發(fā)電并網(wǎng)變壓器的隱患缺陷。

1 工況概述

1.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式

66/6 kV 總降變電站66 kV 工鐵一線帶1#主變及其所帶6 kVⅠ段母線運(yùn)行，66 kV 工鐵二線帶2#主變及其所帶6 kVⅡ段母線運(yùn)行，其中6 kVⅡ段母線燒結(jié)一線帶180 m2燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)一線帶1#高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、鼓風(fēng)三線帶2#高爐鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行、棒材一線帶棒材軋鋼產(chǎn)線運(yùn)行，25 MW 發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)于6 kVⅡ段母線，即2#主變?yōu)樽园l(fā)電并網(wǎng)變壓器，主接線示意如圖1。

1.2 負(fù)荷情況

并網(wǎng)變壓器帶6 kVⅡ段母線運(yùn)行，主要有180 m2燒結(jié)工序主抽風(fēng)機(jī)TD-7400-6 型7400 kW 電動(dòng)機(jī)、1#高爐鼓風(fēng)機(jī)YGF800-4型7100 kW電動(dòng)機(jī)和2#高爐鼓風(fēng)機(jī)YGF1000-4 型10500 kW 電動(dòng)機(jī)及12000 kW 棒材軋鋼產(chǎn)線等大功率用電負(fù)荷，有效提高并網(wǎng)變壓器消納能力，防止并網(wǎng)變壓器功率穿越運(yùn)行。

2 引線斷股的診斷

圖1 主接線示意圖

2017 年9 月，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃安排年度秋季變壓器及其供電系統(tǒng)輪停檢修試驗(yàn)，其中2#主變（自發(fā)電并網(wǎng)變壓器）型號(hào)為SZ11-31500/66，組別為YN，d11，該變壓器2012 年正式投入運(yùn)行，各年度油色譜分析和預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果均正常，但2017年度檢修試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)存在隱患缺陷。

2.1 色譜分析異常及故障性質(zhì)的判斷

2017 年9 月22 日進(jìn)行變壓器油色譜分析時(shí)，表1 數(shù)據(jù)顯示油中總烴含量急劇上升，幅度較大。對(duì)比分析總烴含量過(guò)高，且CH4和C2H4屬主導(dǎo)型組成成分，據(jù)此可斷定屬過(guò)熱性故障。用CH4、C2H6、C2H4、C2H2和H2五種主導(dǎo)型特征氣體和的三對(duì)比值法，進(jìn)一步求得具體故障點(diǎn)溫度為：

由此可知，具體故障點(diǎn)溫度高于700 ℃門(mén)檻值，可判斷故障性質(zhì)屬高溫范圍的熱故障。另表1中C1+C2油色譜跟蹤分析的數(shù)據(jù)值趨于穩(wěn)定，可確認(rèn)故障點(diǎn)并沒(méi)有再發(fā)展擴(kuò)大的趨勢(shì)，屬于基本穩(wěn)定未繼續(xù)發(fā)展惡化的范疇。

表1 色譜跟蹤分析數(shù)據(jù)

2.2 電氣試驗(yàn)及故障點(diǎn)的判斷

依據(jù)2.1 節(jié)采用三對(duì)比值法數(shù)據(jù)結(jié)果初步判斷，再結(jié)合并網(wǎng)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行細(xì)化分析，認(rèn)為具體故障原因有可能是鐵芯多點(diǎn)接地或局部短路、高壓側(cè)有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)滑動(dòng)觸點(diǎn)接觸不良、高低壓側(cè)引線接觸不良或斷股等。為確定故障點(diǎn)的具體位置，進(jìn)行針對(duì)性電氣試驗(yàn)逐一排查。

首先，在并網(wǎng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，采用鉗型電流表測(cè)量鐵芯接地回路電流值小于0.3 A，測(cè)量結(jié)果無(wú)異常，排除鐵芯多點(diǎn)接地故障的可能。

其次，在并網(wǎng)變壓器停電后，進(jìn)行單相空載試驗(yàn)，實(shí)測(cè)空載損耗為21.1 kW（換算值），實(shí)測(cè)值與出廠值對(duì)比并無(wú)明顯變化。其中AB 相的磁路與BC相的磁路是完全對(duì)稱，故P0AB與P0BC應(yīng)相等，實(shí)測(cè)結(jié)果偏差一般在3%以內(nèi)，而AC 相的磁路較AB 相或BC相的磁路略長(zhǎng)，故P0AC應(yīng)大于P0AB或P0BC，通常35～60 kV 級(jí)的變壓器實(shí)測(cè)結(jié)果偏差一般在1.3～1.4之間。

實(shí)測(cè)結(jié)果顯示鐵芯損耗分布正常，排除鐵芯局部短路故障的可能。

最后，利用直流電阻測(cè)試儀測(cè)量并網(wǎng)變壓器各線圈繞組的直流電阻，根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，1600 kVA 以上變壓器，各相繞組直流電阻相互間的差別不應(yīng)大于三相平均值的2%，無(wú)中性點(diǎn)引出的繞組直流線電阻相互的差別不應(yīng)大于三相平均值的1%。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，高壓側(cè)直流電阻相間差小于2%，且與出廠值及往年的測(cè)量數(shù)值對(duì)比并無(wú)明顯異常，但低壓側(cè)直流電阻線間差為3.03%，明顯大于規(guī)程規(guī)定值1%，即RAB=202.56 mΩ，RBC=208.79 mΩ，RAC=206.12 mΩ，其線間差為：

2.3 初步判斷

根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析，繞組直流電阻線間不平衡，初步可考慮套管根部接點(diǎn)附近發(fā)生導(dǎo)線斷股的可能性較大，依次將A 相、B 相和C 相套管拆解逐一排查，發(fā)現(xiàn)C 相引線在套管根部與套管均壓帽焊在一起，引線燒斷部分清晰可見(jiàn)。

3 分析與處理

在變壓器修造廠專業(yè)技術(shù)人員的支持下，選用相同導(dǎo)線將燒斷導(dǎo)線用銀焊焊接，焊接后測(cè)量直流電阻，線間差小于1%的規(guī)程規(guī)定值，送電運(yùn)行后油色譜跟蹤數(shù)據(jù)顯示一切正常。

3.1 原因分析

經(jīng)核查運(yùn)行記錄、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，2017年5 月8 日，25 MW 發(fā)電機(jī)組保護(hù)裝置DCAP3080報(bào)失磁保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)組跳閘解列。25 MW 發(fā)電機(jī)組在生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定、富余煤氣充足、鍋爐和汽輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下運(yùn)行效率可達(dá)80%，發(fā)電有功功率達(dá)20000 kW，按功率因數(shù)在0.8～0.95 之間運(yùn)行考慮，發(fā)電容量約為24000 kVA，一旦突然停機(jī)或事故跳閘解列，必將帶給容量?jī)H有31500 kVA 的并網(wǎng)變壓器較大負(fù)荷沖擊，況且本次25 MW發(fā)電機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘是因啟動(dòng)180 m2燒結(jié)工序主抽風(fēng)機(jī)7400 kW 電動(dòng)機(jī)引起的，并網(wǎng)變壓器線圈繞組將瞬間承受巨大電磁力沖擊，即可認(rèn)定是本次并網(wǎng)變壓器引線斷股故障的主要原因。

另外，并網(wǎng)變壓器所帶180 m2燒結(jié)工序主抽風(fēng)機(jī)、1#高爐和2#高爐鼓風(fēng)機(jī)均采用液阻降壓方式啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可達(dá)3000 A 以上，啟動(dòng)時(shí)間約在49～56 s 之間，供電系統(tǒng)啟動(dòng)電壓降約在0.6～1 kV 之間，電壓降比可達(dá)15%左右，啟動(dòng)過(guò)程必將帶給并網(wǎng)變壓器較大負(fù)荷沖擊。

再有棒材軋鋼產(chǎn)線沖擊性負(fù)荷波動(dòng)頻繁，也將帶給并網(wǎng)變壓器一定的負(fù)荷沖擊。

3.2 問(wèn)題處理

一是25 MW 發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線路增設(shè)光纖差動(dòng)保護(hù)，防止因系統(tǒng)阻抗級(jí)差小、繼電保護(hù)越級(jí)跳閘或誤動(dòng)作而引起發(fā)電機(jī)組解列的事故發(fā)生。

二是66/6 kV 總降變電站運(yùn)行方式調(diào)整為66 kV 工鐵一線帶1#主變及其所帶6 kVⅠ段母線和2#主變及其所帶6 kVⅡ段母線同時(shí)運(yùn)行，66 kV 工鐵二線熱備用。25 MW 發(fā)電機(jī)組故障解列時(shí)，6 kV母聯(lián)自動(dòng)合閘，執(zhí)行2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，各變壓器的功率分配按變壓器短路電壓成反比例分配，減少并網(wǎng)變壓器瞬間負(fù)荷沖擊。

三是棒材軋鋼產(chǎn)線負(fù)荷與3#高爐鼓風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷摘轉(zhuǎn)互換，防止軋鋼產(chǎn)線過(guò)鋼生產(chǎn)時(shí)負(fù)荷大幅波動(dòng)，頻繁沖擊并網(wǎng)變壓器。

四是并網(wǎng)變壓器所帶180 m2燒結(jié)工序主抽風(fēng)機(jī)、1#高爐和2#高爐鼓風(fēng)機(jī)采用變頻啟動(dòng)替代液阻降壓方式啟動(dòng)，徹底消除大型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)沖擊。

五是縮短預(yù)防性試驗(yàn)周期，試驗(yàn)數(shù)據(jù)跟蹤分析，特別是系統(tǒng)發(fā)生短路、跳閘等事故后必須進(jìn)行變壓器試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者闡述采用油色譜分析法、三對(duì)比值法、鐵芯多點(diǎn)接地故障測(cè)試、空載試驗(yàn)和直流電阻測(cè)試等方法有效判斷并網(wǎng)變壓器套管根部接點(diǎn)附近發(fā)生引線斷股故障并分析原因。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可結(jié)合變壓器運(yùn)行工況、負(fù)荷情況等綜合因素靈活確定試驗(yàn)項(xiàng)目和周期，除絕緣電阻、吸收比、直流泄漏耐壓等常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目外，變壓器繞組直流電阻測(cè)試和油色譜跟蹤分析應(yīng)引起重視。特別是針對(duì)帶有自發(fā)電并網(wǎng)滿載超載運(yùn)行的變壓器和帶有沖擊性頻繁波動(dòng)性負(fù)荷、系統(tǒng)發(fā)生短路故障等運(yùn)行工況環(huán)境惡劣的變壓器，應(yīng)縮短預(yù)防性試驗(yàn)周期，試驗(yàn)數(shù)據(jù)跟蹤分析，可以及時(shí)有效發(fā)現(xiàn)隱患缺陷，防患于未然，防止變壓器突發(fā)故障引起大面積停電事故的發(fā)生。