110 kV变压器油色谱分析与内部故障的发现

2014-02-05唐大洪

冶金动力 2014年6期

关键词：色谱分析厂用电电弧

唐大洪

（攀枝花钢铁股份有限公司发电厂，四川攀枝花617012）

110 kV变压器油色谱分析与内部故障的发现

唐大洪

（攀枝花钢铁股份有限公司发电厂，四川攀枝花617012）

运用油色谱分析和三比值法，及时发现并确认了110 kV变压器内部电弧放电故障，避免了重大设备事故的发生。制定可靠措施，保证了机组在无高压备用电源情况下的安全可靠运行与启停。

变压器；油色谱分析；三比值法；电弧放电；应对措施

1 前言

电力变压器是发电厂最关键的设备之一，它承担着电压变换、电流分配和传输任务。和其他电气设备相比故障率较低，但一旦发生故障，将会给电厂生产甚至整个系统带来极大的危害。最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生，是电气设备运行与管理的重要任务。

攀钢发电厂有4台110 kV变压器。其中3台为100 MW单元制发电机组配套的变压器，另一台为3台机组提供高压备用电源、以满足机组启动、停运和备用、检修的需要。

2011年，攀钢发电厂通过变压器油色谱分析，成功发现并处理了一起110 kV高压备用变压器内部电弧放电故障。并采取积极有效的措施，保证了3台机组在高备变检修期间的安全可靠运行与启停。

2 油色谱分析的基本原理

色谱分析可以分析出变压器绝缘油中溶解气体的含量，油浸变压器一般选用油纸或油和纸板组成的绝缘结构。当变压器内部油、纸老化或者发生热故障、放电性故障时，会产生各种气体，主要有氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等，这些气体溶解于油中，不同气体及浓度可以反映出不同类型的故障，油色谱分析就是利用这样的原理来判断变压器内部的状态是否正常。根据有关试验结果表明：

（1）300℃～800℃时，热分解产生的气体主要是甲烷、乙烷和乙烯。

（2）油中电弧放电时，分解气体大部分是氢气和乙炔，并有少量的甲烷和乙烯。

（3）局部放电，主要气体为氢气，少量甲烷和乙炔。火花放电，则有较多的乙炔。

3110 kV高备变内部电弧放电故障的发现

攀钢发电厂110 kV高备变于1993年6月投入运行，至今已运行近20年。主要设备参数如下：

型号：SFZ7—20000/110

设备类型：户外冷却

冷却方式：油浸风冷

结线组别：Y0/△—11

短路阻抗：10.3%

空载电流：0.37%

空载损耗：20.4 kW

油面温升：55℃

额定电压（kV）：110±8×1.25%/6.3

额定容量：20000 kVA

制造厂家：沈阳变压器厂

长期以来，该厂每年都按照DL/7596-1996电力设备预防性试验规程规定，对高备变进行直流电阻、绝缘电阻、介质损耗、绝缘油耐压等各项电气试验工作和绝缘油取样色谱分析等化学检测工作，以便及时判断和发现变压器故障。2011年5月19日，高备变运行中取顶部油样，油色谱分析试验数据如表1所示。

表1 5月19日油色谱分析数据μL/L

从表1中数据可以看出，该变压器内部气体H2和C2H2严重超标，总烃超标近10倍，并含有一定量的甲烷和乙烯，而之前，所有的电气试验数据显示变压器一切正常。从这些数据分析，该变压器内部可能存在着电弧放电现象。

按照IEC及电力行业标准DL/T722-2000推荐的改良三比值法。即从5种特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体组成三对比值。然后根据一定的编码规则和对应的故障类型作为判断依据。三比值计算及取值结果如表2所示。

表2 5月19日油样三比值计算与取值

三比值取值即故障代码为102，故障类型为电弧放电，主要故障原因有：线圈匝间、层间短路、相间闪络、分接头引线间油隙闪络、引线对箱壳放电、线圈熔断、分接开关飞弧、因环路电流引起电弧、引线对其他接地体放电等。

介于高备变在电厂的重要性，一旦停下检修，将会导致机组的启停非常被动，严重时可能导致机组无法安全停机。在对高备变全面外观检查确认和电气试验没有发现任何问题后，又分三次取样送检并做三比值核对，故障代码均为102（或101、111，故障类型同102）如表3、表4所示。

表3 三次油色谱分析数据与对应三比值取值μL/L

表4 对应三比值计算与取值μL/L

经过多次取样分析，已基本确认为高备变内部存在电弧放电，立即组织制定方案，安排停电退出备用检修。

4 故障的处理与应对措施

在确定高备变内部存在电弧放电以后，电厂果断决策将高备变改检修状态，吊钟检查其内部故障情况。并制定了《高备变退出备用或检修期间运行应急保产预案》。

（1）保证机组保安电源的运行使故障机组能安全停机。

（2）尽量减小故障机组对其它运行机组的影响。

（3）避免厂用电非同期切换的发生,杜绝误操作事故。

（4）避免发生厂用电切换时过电流，尽量减少对运行系统的影响。

检查结果：变压器铁芯夹件与线圈压铁等电位连接线烧断，断点处有明显的放电痕迹，如图1所示。

图1 等电位连接线烧断放电

同时，夹件的固定螺栓对压铁有明显的放电现象，如图2所示。

实际上，线圈压铁是直接接地的，铁芯夹件的等电位连接线因螺丝松动、接触不良发热烧断后，产生悬浮电位，从而导致电弧放电。故障点温度（5月19日油样）按照实验室公式计算：

9月1日～10月5日，高备变检修期间，采取了以下措施，确保了2次停机、1次开机工作正常开展。

（1）3机运行，机组启停期间所有6 kV辅机启动要经调度统一平衡。

（2）机组启停期间，控制6 kV厂用负荷，安排停止相关机组制粉系统及输灰系统运行，空压机仅保留2台运行，相关机组的380 V厂用电改由低备变供电。

（3）发电负荷低于30 MW前，厂用电切换为另一台运行机组的6 kVB段供电，并尽量控制变压器不过载。

（4）6 kVⅢB段过流定值减小为0.2 s跳闸。

（5）机组停完后，通过主变、高厂变倒送电带厂用电并作为运行机组厂用备用电源。

5 结束语

（1）变压器油色谱分析是监测变压器内部绝缘的重要而有效的手段，可以不停电就能发现设备内部是否存在潜伏性故障。尤其是新投运的变压器和已投运10年以上的变压器，必须定期做油色谱分析。但要注意这种方法目前尚有一定的局限性，有时并不可靠，故要对充油设备的故障部位做出准确判断，有赖于对设备内部结构和运行状态的全面掌握，要结合其他试验方法和历年色谱数据分析结果进行比较分析，有条件的最好采用在线连续检测，实时掌握绝缘状况。

（2）关于三比值法套用标准的问题。若套用国家标准GB7252-2001，此故障代码102对应的故障类型为高能放电。后经多方求证，应以行业标准DL/T722-2000和IEC标准为准。故障类型不一样，可能的故障原因也不一样，这点一定要注意。

（3）油中气体挥发及色谱分析差异性问题。从表中可以看出，同时取的变压器油样，分别送本公司发电厂和西昌供电局化验，尽管总体趋势一样，但是西昌的化验数据明显的要比能动的数据小很多，说明油中气体随运输时间和保存时间的延长会有挥发损失，同时，不同的试验装置对试验结果会有离散值的影响。

Oil Chromatographic Analysis and Internal Fault Diagnosis of the 110 kV Transformer

TANG Dahong
(The Power Plant of Panzhihua Iron and Steel Co.,Ltd.,Panzhihua,Sichuan 617012,China)

The fault of internal arc discharge of the 110 kV transformer was discovered and confirmed in time by using oil chromatographic analysis and three-ratio method,avoiding major equipment accidents.Reliable measures were drawn up to ensure safe and reliable operation and start-stop of the generating unit without high-voltage standby power source.

transformer;oil chromatographic analysis;and three-ratio method;arc discharge;countermeasure