220 kV变压器瞬间短路故障原因分析及处理措施

张利燕，张树亮，陈志勇，张若飞，杨彦肖

(1.河北省电力公司电力科学研究院，石家庄 050021；2.河北沧州供电公司，河北 沧州 061001)

固体绝缘是保障变压器安全运行的重要因素之一，固体绝缘缺陷可能造成变压器损坏甚至烧损的事故。以下通过变压器油色谱数据，及时发现一起变压器瞬间短路故障, 通过试验分析和吊罩处理，避免更严重故障的发生，保证设备安全运行。

1 油色谱监测数据分析

某变电站220 kV变压器，型号为SFPSZ10-180000/220，总油量为43.9 t，由保定天威保变电气股份有限公司生产，2006年7月出厂，11月投运，设备一直正常运行，未发现异常现象。

2011年5月，色谱监测数据正常，变压器油中乙炔(C2H2)的体积分数为0 μL/L。2011年7月27日，在例行试验中，发现变压器油中溶解气体乙炔的体积分数增加至3.51 μL/L，其他气体的体积分数也有增加，烃类甲烷(CH4)的体积分数增幅最大，增加至9.47 μL/L。随后加强色谱监测，乙炔的体积分数逐渐增加至7.00 μL/L左右，其他气体的体积分数基本稳定。2012年3月24日，在线监测装置发现变压器油中乙炔的体积分数由7.20 μL/L增加至27.93 μL/L，超过注意值[1]，除CO、CO2外，其他气体的体积分数也相应增加。变压器油色谱数据见表1。

表1 变压器油色谱数据 μL·L-1

日期φ(CH4)φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)2011-05-265.380.350.3602011-07-279.472.021.023.512011-08-2510.252.592.254.952011-09-2910.783.582.055.912011-11-1810.983.851.816.102011-12-2310.444.211.826.692012-03-1910.904.401.907.202012-03-2415.0512.714.4027.932012-04-2517.2012.103.7127.802012-05-1915.2013.204.3327.002012-06-2115.6013.604.2830.50日期φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(总烃)2011-05-2631.52190.77540.016.092011-07-2724.34264.24831.4316.292011-08-2534.56288.15715.5819.042011-09-2939.57301.04738.3622.322011-11-1837.80377.60685.3022.712011-12-2329.70225.69633.8323.162012-03-1933.82258.06548.5024.502012-03-2465.07244.27670.6260.092012-04-2578.00259.00705.0057.812012-05-1991.50254.00683.0059.002012-06-2190.50271.00708.0063.98

以表1中2011年12月23日和2012年3月24日数据为基数，以20 ℃时变压器油的密度0.895 kg/m3进行估算，计算可得变压器油中乙炔的绝对产气速率[2]11.6 mL/d，相对产气速率[2]105.8%，远超注意值0.2 mL/d和10%。按照DL 722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的三比值法[2]，计算三比值编码为“101”，判断为局部放电故障。2012年6月21日，变压器油中乙炔的体积分数为30.50 μL/L，达注意值(5 μL/L)6倍以上，氢气的体积分数最高为90.50 μL/L，甲烷、乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)的体积分数最高不超过20 μL/L，总烃的体积分数最高不超过70 μL/L。根据色谱数据特点、三比值、产气速率计算结果综合判断，该故障为细小高能量局部放电，放电通道中温度很高导致绝缘油分解，产生乙炔并迅速增加，但同时放电为细小放电，热量很快被周围绝缘油吸收，引起温升并不高，因此甲烷、乙烯、乙烷增幅并不大，故判断为瞬时局部放电。根据估算，故障点的温度在673～686 ℃[3]。

2 故障原因分析

2.1 电气试验分析

2011年7月27日，在变压器油中乙炔的体积分数出现第1次跳变后进行油位、潜油泵检查，铁心接地电流监测，以及局部放电、高频局部放电试验，未发现明显放电信号。油箱液位检查，变压器本体油位一直指示在本体油箱60%位置，有载油位持续指示在储油柜50%位置，油位没有变化，对油枕进行红外测温，未见油位变化，排除分接开关油箱向本体油箱内漏引起油色谱超标的可能性；潜油泵启动检查，潜油泵手动运行1 h并进行色谱分析，乙炔的体积分数没有明显变化，可以排除潜油泵绕组短路故障的可能；对该变压器铁心接地电流测试，为0.6 mA，说明设备铁心没有多点接地的缺陷。

2011年8月16日，对变压器进行超声波局部放电检测，未发现明显局部放电信号。2011年8月进行高频局部放电带电检测，共检测到两类信号(分类图谱中的Ⅰ簇和Ⅱ簇)如图1所示。Ⅰ簇信号具备一定相位特征，放电平均幅值为96 mV，该信号放电图谱不具备局部放电信号图谱特征，且放电波形无局部放电波形特征，如图2所示。Ⅱ簇信号具备明显相位特征，信号平均幅值为120 mV，该信号放电图谱具备局部放电信号图谱特征，但放电波形无局部放电波形特征，如图3所示。此外对测试点相邻的变压器测试，同样测得该类信号，因此判断该类信号为尾部干扰信号。

2012年3月19日，对该变压器停电检修，检查高中压套管，进行例行试验和耐压及局部放电试验，均未发现异常。2012年3月，该变压器检修投入运行后乙炔的体积分数发生第2次跳变。对该变压器进行油位、潜油泵相关检查，并进行铁心接地电流监测，局部放电、高频局部放电试验，未发现异常。

(a) 完整图谱 (b) 分类图谱

图1 高频局部放电带电检测图谱(整体)

(a) Ⅰ簇信号图谱 (b) Ⅰ簇信号波形

(a) Ⅱ簇信号图谱 (b) Ⅱ簇信号波形

图3 高频局部放电带电检测图谱(Ⅱ簇)

2.2 变压器吊罩检查

2012年7月进行变压器吊罩检查。将变压器外罩吊开后，发现固定U相分接引线的支架与围屏表面发生局部放电故障，见图4。在U相中压侧围屏表面有树枝状放电痕迹，固定U相分接引线的支架上部、下部也有放电痕迹。在U相中压侧底部支架上发现掉落的胶垫残条，胶垫残条上有烧蚀痕迹。通过查找发现U相中压侧升高座底部法兰胶垫部分缺损，通过复原发现掉落的胶垫残条正是此处缺损的部分。法兰胶垫及掉落的残条，见图5。

通过对变压器吊罩检查，认为变压器安装不良造成U相中压侧升高座底部法兰胶垫受力不均匀，导致部分胶垫挤压过度，在设备投入正常运行一段时间后，在设备启动或运行过程中，外界的轻微干扰造成挤压过度的U相中压侧升高座底部法兰胶垫残条掉落，恰好落到U相分接引线的支架上，与围屏表面搭连，造成局部瞬时放电故障。

查阅记录，2011年7月25日潜油泵启动过1次7月27日乙炔的体积分数第1次跳变，分析认为变压器受外界干扰的影响，使受到挤压脆弱的胶垫残条与法兰胶垫脱离掉落到支架上，与围屏表面搭连，造成局部瞬时放电，使乙炔的体积分数跳变。2012年3月24日乙炔的体积分数第2次跳变，分析认为在变压器启动、油温变化等内外界环境的综合影响下，胶垫残条与围屏表面第2次搭连，内部瞬时放电，造成乙炔的体积分数第2次跳变。第1、2次瞬时放电后，胶垫残条与围屏表面恰好未达到放电距离，变压器内部没有连续放电活动，此时电气试验正常。

图4 支架与围屏表面放电情况

图5 法兰胶垫及掉落的残条

3 处理措施及效果

3.1 处理措施

a. 对变压器U相中压侧围屏放电部分进行局部切割，并进行修补，对中压侧分接引线等部分进行绝缘处理。

b. 更换变压器U相中压侧升高座底部法兰胶垫，如8图所示。

图6 变压器围屏局部修补示意

c. 对变压器油箱进行滤油处理，直到绝缘油中特征气体的体积分数为零为止。

3.2 处理效果

2012年7月3日变压器检修投运后，通过油色谱在线监测装置对主变压器的油色谱数据进行监测，数据见表2。

表2 主变压器大修后色谱数据

日期φ(CH4)φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)2012-07-0300002012-07-040.65000.412012-07-060.820.2900.572012-07-192.100.4302.842012-08-272.140.4403.932012-09-101.980.3704.07日期φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(总烃)2012-07-0303.7885.6002012-07-040.875.26102.001.062012-07-060.955.62125.001.682012-07-192.2721.20186.005.372012-08-272.7329.40282.006.512012-09-102.8629.7281.006.42

在变压器投运半个月后，2012年7月19日变压器油中乙炔的体积分数达2.84 μL/L，2012年9月10日涨至4.07 μL/L，其他气体也有所增加，低于注意值，这是由于吸附于绝缘纸板等部分的特征气体缓慢析出的结果[1]。该变压器经过半年的运行，吸附于绝缘纸板等部分的特征气体与绝缘油达到动态平衡，油色谱数据已经基本稳定。2012年9月10日，色谱监测乙炔的体积分数为4.07 μL/L，基本稳定，设备运行正常。

4 结束语

通过油色谱数据发现设备异常情况，在线监测装置第一时间捕捉到色谱数据跳变情况，确定设备放电缺陷，经过连续监测及试验，吊罩检查找到故障原因及部位，妥善处理，避免更严重故障的发生，保证了电网和设备安全。通过案例分析，说明油色谱数据分析以及在线监测装置技术的成熟和应用，将有利于主变压器状态信息的掌握，及时发现变压器的故障隐患，保证设备安全稳定运行。

参考文献：

[1] Q/GDW 536-2010，变压器油中溶解气体在线监测装置技术管理[S].

[2] DL/T 722-2000，变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].

[3] 曹敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京:中国电力出版社,2005.