一起10 kV 变压器发热故障的分析

2020-06-30孙大海艾秀娟周培培

设备管理与维修 2020年12期

关键词：色谱分析铁芯比值

孙大海，艾秀娟，周培培

（中国石油集团渤海装备制造有限公司第一机械厂，河北沧州 062658）

0 引言

2018 年3 月，中国石油集团渤海石油装备制造有限公司青县园区内，某防腐公司所属大挤出机变压器（以下称1 号变）发生过热故障，在环境温度在0 ℃左右的情况下，其表面温度达到50 ℃，属于过热现象。

中国石油集团渤海石油装备制造有限公司第一机械厂作为整个园区内110 kV 变配电系统的管理者，立即派出专业技术人员对该台变压器进行电力检测，通过一系列的电气检测后，认定其内部存在过热故障点，为确保生产的连续作业，推荐其更换变压器。

2018 年4 月份，该防腐公司更换一台同样型号的变压器（以下称2 号变），在使用时出现过热导致绝缘油喷出的故障。

下面针对这两次故障，进行分析。对于变压器过热的情况，一般采用气相色谱分析是诊断变压器过热故障的重要方法。实践表明，在局部过热的情况下，变压器油中含有大量的CH4和C2H4，故障涉及固体绝缘时，油中还含有大量的CO 和CO2，基于此特性，可以用气体图像法和三比值法来判断故障的性质。此外，测量直流电阻可以对导电回路热性故障做进一步判断。

1 1 号变压器故障分析

对于更换下的1 号变，对其进行电气试验、变压器油色谱分析和吊芯观测等。

1.1 电气试验

（1）直流电阻测量数据（表1）。

（2）耐压测试

对变压器进行10 kV 耐压测试，30 min 后测量各项阻值无明显变化。测试结果显示，变压器各相阻值均正常。

表1 直流电阻

1.2 变压器油色谱分析

根据表2 色谱分析结果，总烃超出注意值，根据气体分析判断导则中三比值编码022 设备内部可能存在超过700 ℃的高温。由于缺少对过程的气体监控，故没有测出气体的产气速率，也无法获得准确的故障信息。根据表3 四比值法，可以看出CH4/H2值范围不在1～3 之间，故此，可以排除铁芯多点接地的情况。

表2 变压器油色谱分析

表3 四比值

1.3 吊芯检查

图1 变压器外观

变压器外观如图1 所示，在图1 中能明显观察到，在变压器内部支撑结构的工字钢上存在整体明显、局部严重的高温灼烧现象。其中沿钢结构的下测和螺栓孔的周围过热严重。

根据上述情况，由变压器线圈所产生的不断变化的泄露磁场，以钢结构为载体，形成交变的电流，同时，由于钢结构的螺栓连接处，存在空隙，造成局部涡流非常高，电流使得钢结构的温度升高。

通常，变压器绕组中的磁通，包括两个部分：主磁通和漏磁通，方向分为轴向和法向方向分量。其中，轴向分量沿绕组高度变化较小，而径向分量分布复杂，引起涡流损耗大且不均匀。在整个磁场分布的情况来看，由于越靠近线圈的地方其磁场强度越大，其产生的交变电流就越大，那么其过热的情况就越严重。在螺栓孔附近由于其结构产生畸变，这类地方的磁场分布的密度相对也比较大，那么其产生的交变电流也就越大，过热情况也相对明显。因此，可判定该变压器的故障类型，为漏磁导致的金属支撑构架的过热。

2 2 号变压器的故障分析

2.1 谐波的测定

由于挤出机是大功率非线性阻抗特性的电气设备，这些非线性负荷在工作时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，谐波也会增大变压器的附加损耗和发热。

表4 谐波分析数据 %

根据GB/T 14549《电能质量公用电网谐波》的规定，从表4 可以看出虽然存在各次谐波中都存在谐波的情况，但其值都在允许范围内，不会是引起变压器喷油的主要因素。因此，将其列为次要因素。

2.2 变压器油的特征气体分析

表5 变压器油色谱分析

根据表5 色谱分析结果，总烃超出注意值，根据气体分析判断导则中三比值编码022 设备内部存在超过700 ℃的高温。根据表6 四比值法，可以看出CH4/H2值范围在1～3 之间，C2H2/C2H4＜1，C2H4/C2H6＞3，C2H2/CH4＜0.5，故此，可以初步断定变压器存在铁芯多点接地的情况。

铁心叠片只允许一点接地，如果有两点以上接地，则接地各点之间可能形成回路。当主磁道穿过此闭和回路时，就会在其中产生循环电流，造成内部过热事故。当变压器铁芯或与其他金属构件有两点或两点以上接地时，则接地点就会形成闭合回路，在铁芯中形成2～3 倍额定的环流，如此大的环流数值，会使铁芯的损耗急剧加大，过程中会产生非常大的热量损失，引起局部过热，导致油分解，还可能使接地片熔断或烧坏铁芯，使变压器不能继续运行。

确定后，对其进行吊芯检查，发现铁芯的绝缘出现问题，有破损的情况，处理完毕后，2 号变压器恢复正常。