自发电并网变压器引线断股故障诊断和原因分析

吕 欣

（辽勤集团建设发展有限公司，辽宁沈阳 110032）

引言

随着冶金工业利用余热余能自发电项目的陆续上马投运，并网变压器必须提高消纳能力以防止功率穿越运行，不得不将烧结主抽风机、高炉鼓风机及轧钢产线等大功率用电负荷转至并网变压器供电，进而有效提高自发电比例，另为降本增效而采取停运备用变压器来减少基本容量电费和有功功率损耗电度电费支出，以致并网变压器满载运行，加之冲击性用电负荷的存在，甚至短时超载运行，并网变压器线圈绕组频繁承受巨大电磁力变化的特殊运行工况，存在发生严重故障的安全隐患。笔者通过一起色谱异常跟踪分析和直流电阻试验数据诊断案例，判断分析引线断股故障点位置并提出解决问题和处理措施，及时消除自发电并网变压器的隐患缺陷。

1 工况概述

1.1 网架结构及运行方式

66/6 kV 总降变电站66 kV 工铁一线带1#主变及其所带6 kVⅠ段母线运行，66 kV 工铁二线带2#主变及其所带6 kVⅡ段母线运行，其中6 kVⅡ段母线烧结一线带180 m2烧结主抽风机运行、鼓风一线带1#高炉鼓风机运行、鼓风三线带2#高炉鼓风机运行、棒材一线带棒材轧钢产线运行，25 MW 发电机组并网于6 kVⅡ段母线，即2#主变为自发电并网变压器，主接线示意如图1。

1.2 负荷情况

并网变压器带6 kVⅡ段母线运行，主要有180 m2烧结工序主抽风机TD-7400-6 型7400 kW 电动机、1#高炉鼓风机YGF800-4型7100 kW电动机和2#高炉鼓风机YGF1000-4 型10500 kW 电动机及12000 kW 棒材轧钢产线等大功率用电负荷，有效提高并网变压器消纳能力，防止并网变压器功率穿越运行。

2 引线断股的诊断

图1 主接线示意图

2017 年9 月，结合生产计划安排年度秋季变压器及其供电系统轮停检修试验，其中2#主变（自发电并网变压器）型号为SZ11-31500/66，组别为YN，d11，该变压器2012 年正式投入运行，各年度油色谱分析和预防性试验数据结果均正常，但2017年度检修试验发现存在隐患缺陷。

2.1 色谱分析异常及故障性质的判断

2017 年9 月22 日进行变压器油色谱分析时，表1 数据显示油中总烃含量急剧上升，幅度较大。对比分析总烃含量过高，且CH4和C2H4属主导型组成成分，据此可断定属过热性故障。用CH4、C2H6、C2H4、C2H2和H2五种主导型特征气体和的三对比值法，进一步求得具体故障点温度为：

由此可知，具体故障点温度高于700 ℃门槛值，可判断故障性质属高温范围的热故障。另表1中C1+C2油色谱跟踪分析的数据值趋于稳定，可确认故障点并没有再发展扩大的趋势，属于基本稳定未继续发展恶化的范畴。

表1 色谱跟踪分析数据

2.2 电气试验及故障点的判断

依据2.1 节采用三对比值法数据结果初步判断，再结合并网变压器内部结构和工作原理进行细化分析，认为具体故障原因有可能是铁芯多点接地或局部短路、高压侧有载调压分接开关滑动触点接触不良、高低压侧引线接触不良或断股等。为确定故障点的具体位置，进行针对性电气试验逐一排查。

首先，在并网变压器正常运行时，采用钳型电流表测量铁芯接地回路电流值小于0.3 A，测量结果无异常，排除铁芯多点接地故障的可能。

其次，在并网变压器停电后，进行单相空载试验，实测空载损耗为21.1 kW（换算值），实测值与出厂值对比并无明显变化。其中AB 相的磁路与BC相的磁路是完全对称，故P0AB与P0BC应相等，实测结果偏差一般在3%以内，而AC 相的磁路较AB 相或BC相的磁路略长，故P0AC应大于P0AB或P0BC，通常35～60 kV 级的变压器实测结果偏差一般在1.3～1.4之间。

实测结果显示铁芯损耗分布正常，排除铁芯局部短路故障的可能。

最后，利用直流电阻测试仪测量并网变压器各线圈绕组的直流电阻，根据电力设备预防性试验规程规定，1600 kVA 以上变压器，各相绕组直流电阻相互间的差别不应大于三相平均值的2%，无中性点引出的绕组直流线电阻相互的差别不应大于三相平均值的1%。实测结果显示，高压侧直流电阻相间差小于2%，且与出厂值及往年的测量数值对比并无明显异常，但低压侧直流电阻线间差为3.03%，明显大于规程规定值1%，即RAB=202.56 mΩ，RBC=208.79 mΩ，RAC=206.12 mΩ，其线间差为：

2.3 初步判断

根据上述试验数据综合分析，绕组直流电阻线间不平衡，初步可考虑套管根部接点附近发生导线断股的可能性较大，依次将A 相、B 相和C 相套管拆解逐一排查，发现C 相引线在套管根部与套管均压帽焊在一起，引线烧断部分清晰可见。

3 分析与处理

在变压器修造厂专业技术人员的支持下，选用相同导线将烧断导线用银焊焊接，焊接后测量直流电阻，线间差小于1%的规程规定值，送电运行后油色谱跟踪数据显示一切正常。

3.1 原因分析

经核查运行记录、计算机存储运行数据，2017年5 月8 日，25 MW 发电机组保护装置DCAP3080报失磁保护动作，发电机组跳闸解列。25 MW 发电机组在生产节奏稳定、富余煤气充足、锅炉和汽轮机系统运行正常情况下运行效率可达80%，发电有功功率达20000 kW，按功率因数在0.8～0.95 之间运行考虑，发电容量约为24000 kVA，一旦突然停机或事故跳闸解列，必将带给容量仅有31500 kVA 的并网变压器较大负荷冲击，况且本次25 MW发电机组失磁保护动作跳闸是因启动180 m2烧结工序主抽风机7400 kW 电动机引起的，并网变压器线圈绕组将瞬间承受巨大电磁力冲击，即可认定是本次并网变压器引线断股故障的主要原因。

另外，并网变压器所带180 m2烧结工序主抽风机、1#高炉和2#高炉鼓风机均采用液阻降压方式启动，启动电流可达3000 A 以上，启动时间约在49～56 s 之间，供电系统启动电压降约在0.6～1 kV 之间，电压降比可达15%左右，启动过程必将带给并网变压器较大负荷冲击。

再有棒材轧钢产线冲击性负荷波动频繁，也将带给并网变压器一定的负荷冲击。

3.2 问题处理

一是25 MW 发电机组并网联络线路增设光纤差动保护，防止因系统阻抗级差小、继电保护越级跳闸或误动作而引起发电机组解列的事故发生。

二是66/6 kV 总降变电站运行方式调整为66 kV 工铁一线带1#主变及其所带6 kVⅠ段母线和2#主变及其所带6 kVⅡ段母线同时运行，66 kV 工铁二线热备用。25 MW 发电机组故障解列时，6 kV母联自动合闸，执行2台变压器并列运行，各变压器的功率分配按变压器短路电压成反比例分配，减少并网变压器瞬间负荷冲击。

三是棒材轧钢产线负荷与3#高炉鼓风机电动机负荷摘转互换，防止轧钢产线过钢生产时负荷大幅波动，频繁冲击并网变压器。

四是并网变压器所带180 m2烧结工序主抽风机、1#高炉和2#高炉鼓风机采用变频启动替代液阻降压方式启动，彻底消除大型电动机启动冲击。

五是缩短预防性试验周期，试验数据跟踪分析，特别是系统发生短路、跳闸等事故后必须进行变压器试验，及时发现隐患缺陷。

4 结语

笔者阐述采用油色谱分析法、三对比值法、铁芯多点接地故障测试、空载试验和直流电阻测试等方法有效判断并网变压器套管根部接点附近发生引线断股故障并分析原因。在生产实践中，可结合变压器运行工况、负荷情况等综合因素灵活确定试验项目和周期，除绝缘电阻、吸收比、直流泄漏耐压等常规试验项目外，变压器绕组直流电阻测试和油色谱跟踪分析应引起重视。特别是针对带有自发电并网满载超载运行的变压器和带有冲击性频繁波动性负荷、系统发生短路故障等运行工况环境恶劣的变压器，应缩短预防性试验周期，试验数据跟踪分析，可以及时有效发现隐患缺陷，防患于未然，防止变压器突发故障引起大面积停电事故的发生。