某10kV接地变压器故障分析

兰基升,侯向宏,王海滨,李 明

(沧州供电公司,河北沧州 061000)

某10kV接地变压器故障分析

兰基升,侯向宏,王海滨,李 明

(沧州供电公司,河北沧州 061000)

文中对某110kV变电站10kV5200接地变压器烧毁事故进行了分析。从绝缘监督和运行管理的角度出发,提出应加强对树脂型干式变压器类设备的定期试验和维护,防止此类事故的再度发生及避免事故的扩大,确保电力设备的安全运行。

接地变压器;固体绝缘介质;局部放电

1 故障简要情况

1.1 背景介绍

目前,10 kV配电网络多为非有效接地系统,早期供电网络结构比较简单,系统容量很小,输电线以架空线为主,由于雷击、树木和大风等因素的影响,单相接地故障是配电网中故障类型的主要部分,并且往往是可恢复性的故障。由于非有效接地系统的中性点不接地,即使发生单相金属性永久接地或稳定电弧接地,仍能不间断供电,这是此种电网的一大优点,因此对供电的可靠性起到了积极作用。但随着供电系统的不断完善,电缆线路的增加,配电网的接地电容达到一定数值后,配电网的供电可靠性将受到极大威胁。首先,当配电网发生单相接地时,接地电流较大,电弧很难熄灭,可能发展成相间短路;其次,当发生间歇性弧光接地时,易产生弧光接地过电压,从而波及整个配电网,影响供电可靠性。为了保障系统单相接地时仍能继续运行,往往在变电站内利用ZN,yn11接地变压器的人工接地点,并加装消弧装置来限制单相接地故障电流,以确保电网安全。

1.2 故障简要情况

某110 kV变电站5200接地变压器型号DBSC-530/10,此接地变是Z型接线,其接线原理图见图1。出厂日期是2002年7月,于2002年10月16日投入运行。2005年11月2日凌晨3时59分,5200开关过流II段保护动作跳闸,故障电流为15.35 A,折算到高压侧电流为1 228 A。9时6分,运行值班人员到现场查看,未发现明显缺陷,试送电后,5200开关过流II段保护动作再次跳闸,并出现绝缘材料烧焦的气味和烟气。故障电流为15.57 A,折算到高压侧电流为1 245 A(高压侧额定电流约为31 A)。到现场后,进入5200接地变压器室内闻到有绝缘介质的烧焦气味,观察线圈A、B两相低压侧,发现在高低压线圈及上部轭铁和轭铁的金属夹件上有大量的碳黑;B相低压出现端纸质绝缘介质有部分已烧焦碳化;B相线圈与上夹铁之间的绝缘垫块下部胶垫受短路故障热量融化;在低压侧A相高压绕组上部和B相相邻的部位树脂绝缘介质有变色现象;在低压侧B相高压绕组下部的地面上有一片烧熔的小铜球状颗粒。

2 现场试验情况及故障分析

试验人员对5200接地变压器进行了绝缘电阻测试和直流电阻测试,试验数据见表1和表2。

表1 5200接地变压器绝缘电阻测试数据MΩ

表2 5200接地变压器绕组直流电阻测试数据Ω

3 返厂解体检查及故障原因分析

3.1 设备返厂解体检查情况

1)在拆解过程中从B相高压绕组低压侧相对位置(人面对低压绕组出线端)右侧第三风道中掉出大量的金属小球型颗粒和碳黑粉末及两块体积较大的烧结物,由此可确定故障点在该风道之中。

2)沿该风道两侧的风道进行纵向切割,确定故障点的具体位置和故障点的烧损状况。切下该风道后发现,在切下部分的两侧切面上有绕组线圈烧损产生的空洞,位置在外层主绕组的第三段上和内层Z型绕组的第三段上(内、外绕组从上至下各分为四段,最上面的为一段)。

3)在主体绕组的一个切面上,从外层主绕组第三段绕组最下面的空洞至第四段绕组,在绕组和固体绝缘之间有一长为10余cm的缝隙。见图2中(a)。

4)然后把切下的部分继续沿内外层之间的绝缘进行纵向切割,使故障点进一步暴露。

5)把切下的部分内外层绕组分离后,发现在外层第三段绕组有一个长轴大约8 cm,短轴大约5 cm,最深处大约2 cm的不规则椭圆坑,在内层第三段绕组有一个长轴大约6 cm,短轴大约4 cm,最深处大约1.5 cm的不规则椭圆坑。见图2中(b)。

6)对烧损部位的周围的绝缘进行进一步剥离发现,在外层主绕组第三段绕组烧损部位周围的绝缘材料已脱离,在内层绕组第三段绕组烧损部位周围的绕组线圈已变色。

图2 故障部位照片

3.2 事故原因分析

从现场试验和返厂解体的情况分析来看,5200接地变压器的烧毁原因应是该产品存在微小的气隙(当时产品出厂时,不具备局部放电试验的条件),在长期持续运行电压的作用下,微小的气隙产生局部放电。在出厂试验时虽然局部放电试验合格,但是不能排除该产品在以后的运行中,在长期持续运行电压和外界因素作用下,局部放电量不增加的可能(厂家认可该结论)。

从固体绝缘介质击穿的机理分析,固体绝缘介质的击穿可分为电击穿、热击穿、电化学击穿。对于5200接地变压器来说,其击穿过程应为三种击穿方式共同作用下的结果。固体绝缘介质中的微小气隙、微小杂质颗粒,在长期持续运行电压作用下产生局部放电,开始时其局部放电量不是很大。但是局部放电的存在,使其气隙中气体产生分解,产生活性气体臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2),这些活性气体对固体绝缘介质产生氧化和腐蚀作用,同时产生热量引起局部发热,以及在局部放电过程中带电粒子的撞击作用,导致绝缘劣化或损伤,使其电气强度逐步下降,从而改变了气隙周围绝缘介质材料的绝缘性能和分子结构,致使气隙周围的电场分布产生畸变。此过程长期恶性循环,最终导致绕组的层间或匝间短路,并产生大量的热量,使故障点附近绝缘介质的绝缘性能完全丧失,导致绕组烧毁。

由高压试验数据及现场检查情况来看,B相高压侧直流电阻测试数据,已证明B相高压绕组发生了绕组开路的故障。其高压绕组的直流电阻测试值实际是故障点绝缘介质碳化后的电阻值,所以测试值很大。而该相高、低压绕组对地及高、低压绕组之间绝缘电阻回零的原因是在两相短路后产生的大量热量使绝缘介质变成碳黑粉尘,铜绕组溶化产生金属蒸汽沿通风道喷出附着在高低压绕组和上铁轭及金属夹件上,所以测试结果为零。据上所述,造成B相高压侧线圈开路的原因是制造过程中由于真空工艺不完善,从而形成微小气隙或在绝缘介质中存在微小杂质颗粒,在长期持续运行电压下易造成局部放电,造成固体绝缘介质绝缘损坏。进而引起匝间或层间绝缘击穿,造成高压侧绕组短路,短路电流瞬间突增后造成高压绕组局部烧损。

上铁轭和金属夹件附着碳黑和B相低压出线端绝缘纸烧焦的原因是,故障点所在风道的下风口被绝缘垫块堵住了大约7/8,而上风口被绝缘垫块堵住了2/3,所以大量的碳黑粉尘和金属蒸汽由上风道口喷出,把B相低压出线端绝缘纸烧焦并附着在上铁轭及金属夹件上,而重量较大熔化金属有少量从下风道口喷出,其体积较大熔化物堵住了下风口,在返厂解体时从下风道口掉出。

4 防范及改进措施

1)购置变频升压设备,在干式变压器安装就位后,进行局部放电测试。且把局部放电试验纳入周期试验项目中。

2)加强红外测温,对由局部放电和其它原因引起绕组温度升高及温度升高的发展趋势及早发现,避免设备的缺陷扩大。

3)按试验周期定期对设备进行常规试验,发现问题时应对设备进行全面检查试验。

4)在干式变压器过流保护动作后,应进行必要的试验检查,排除故障后方可投入运行。

5)加强对通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏电阻测取温度值的巡视。对无人值守的变电站可把该测试信号传至值班总站,对温度和温度变化值加强监视和记录。防止设备缺陷扩大演变成事故。

6)加大对小容量变压器的运行维护及管理力度。

5 结束语

通过设备解体,找到了接地变压器损坏的原因,并对原因进行了分析。为避免事故的发生,提出了防范及改进的有效措施,以能更好地保障电气设备以及电网的安全运行。该产品经过返厂更换B相绕组后,经出厂及交接试验合格后,投入运行至今,运行良好。

[1] 陈化钢,张开贤,程玉兰.电力设备异常运行及事故处理[M].北京:中国水利水电出版社,1999.

[2] 陈化钢.电力设备预防性试验技术问答[M].北京:中国水利水电出版社,1998.

[3] 董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京:中国电力出版社,2001.

(责任编辑:马香普)

Failure Analysis of a 10kV Grounding Transformer

LAN Ji-sheng,HOU Xiang-hong,W ANG Hai-bin,LI Ming
(Cang zhou Power Supply Company,Cangzhou 061000,China)

This article analyzes the burnout of a 10kV 5200 grounding transformer of a 110kV transformer substation.From the view of insulation supervision and running management,it proposes that the regular experiment and mantenance of the resin dry-type transformers should be enhanced,so as to prevent the recurrence of such incidents and the expansion of the incidents and ensure the safe operation of electrical equipments.

grounding transformer;solid insulation medium;partial discharge

TM41

A

1008-3782(2010)04-0021-03

2010-11-01

兰基升(1962-),男,河北沧州市人,工程师,电气试验高级技师,沧州供电公司修试所技术监督主管。