110 kV主變壓器鐵心故障原因分析及處理

王海濱，侯向紅，賈云勝

( 國網河北省電力公司滄州供電分公司，河北滄州061000)

某110 kV變電站2號主變壓器型號為SFSZ10-50000/110，2005年3月投運，該主變壓器的鐵心和夾件均通過小套管引出至變壓器外部，分別接地。2006年該變壓器因鐵心多點接地進行吊罩處理，處理后油色譜數據正常，其他試驗項目數據合格。該變壓器所帶負荷內有一鋼廠，諧波嚴重，造成變壓器振動厲害，2009年9月再次吊罩，并進行了緊固墊塊、圍屏等處理，吊罩處理后至2010年3月9日期間帶電取油樣，油色譜分析數據正常。2010年10月19日，對該主變壓器進行常規油中溶解氣體色譜檢驗，發現部分數據異常，對該變壓器進行跟蹤分析，確定試驗數據可信，說明變壓器存在缺陷，決定進一步進行故障原因分析及處理。

1 原因分析

1.1 油色譜試驗分析

2010年10月19日對該主變壓器進行油色譜試驗時，發現CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2體積分數均有明顯上升趨勢，其中總烴(C1+C2)體積分數由2010年3月9日檢測的16.1 μL/L增加至2010年10月19日檢測的231.6 μL/L，首次超過 150 μL/L的注意值，C2H2的體積分數為2.9 μL/L(注意值為5 μL/L)。變壓器油色譜數據見表1。

表1 變壓器油色譜數據 μL·L-1

試驗日期φ(H2)φ(CO)φ(CO2)φ(CH4)2009-09-16(大修后)-41.90172.800.702010-03-098.50161.30768.407.002010-10-1974.40232.701 252.0096.402010-10-26(空載后)78.30204.301 056.3081.602010-10-2970.00234.501 245.3081.202011-03-1776.00289.601 156.7086.202011-07-1257.50247.501 417.1080.302012-12-05(返廠后跟蹤)2.0235.30367.481.43試驗日期φ(C2H4)φ(C2H6)φ(C2H2)φ(C1+C2)2009-09-16(大修后)1.901.400.204.202010-03-096.602.100.4016.102010-10-19115.9016.402.90231.602010-10-26(空載后)105.3015.602.90204.402010-10-29113.6017.303.00215.302011-03-17108.1016.702.70213.702011-07-12104.3013.202.50200.402012-12-05(返廠后跟蹤)1.601.430.483.94

以表1數據為基礎，計算可得總烴絕對產氣速率0.99 mL/h(注意值為0.5 mL/h)，總烴相對產氣速率191.2%(注意值為10%)。按照DL/T 722-2000《變壓器油中溶解氣體分析判斷導則》[1]推薦的三比值法，計算三比值編碼為“022”，故障氣體成分主要是甲烷和乙烯，二者之和占總烴的91%，初步判斷變壓器內部存在高溫過熱故障點，溫度一般為700～1 000 ℃，產生原因一般有以下幾種：

a. 鐵心存在多點接地，導致鐵心局部過熱，一般可通過接地電流測試判斷。

b. 分接開關接觸不良，引線及繞組接頭部分接觸不良或焊接部分松動，一般可通過直流電阻測試判斷。

c. 鐵心的片間、級間等部位存在部分短路或漏磁環流等情況。四比值法中φ(CH4)/φ(H2)=1～3、φ(C2H6)/φ(CH4)<1、φ(C2H4)/φ(C2H6)>3、φ(C2H2)/φ(C2H4)<0.5,判斷為“鐵件或油箱出現不平衡電流”[2]。將該主變壓器空載運行一段時間，同時監視油色譜數據,特征氣體的體積分數稍有減小，但變化不大，恢復負荷后，特征氣體的體積分數也沒有明顯增加,說明油中特征氣體的產生受負荷電流大小的影響較小，過熱故障可能存在于鐵心中。

1.2 電氣試驗分析

查詢該主變壓器最近的停電電氣試驗情況。2010年3月16日停電進行了以下電氣試驗：測量變壓器各側繞組全分接直流電阻值與初值相符，三相不平衡率在標準要求范圍內；變比試驗，所有繞組電壓比與交接及出廠值相符；介質損耗及電容量試驗，繞組變形測試，各繞組及鐵心絕緣電阻均良好，未發現異常[3]。以上試驗數據，高、中、低壓三側繞組均正常，經查實，該主變壓器從試驗完成投運至2010年10月19日期間未經受嚴峻的運行工況。

根據各方面檢測結果綜合分析，基本可以排除繞組故障的可能性。近幾個月鐵心在運行狀態下測得最大接地電流為0.6 mA，證明鐵心不存在多點接地產生環流現象。通過排查,證實了不是分接開關接觸不良引起的過熱。通過紅外測溫，未發現明顯的過熱點，可排除漏磁環流引起油箱發熱的故障。因此認為鐵心局部短路產生環流發熱是導致主變壓器故障的主要原因。

1.3 變壓器吊罩檢查

為徹底地檢查、消除故障，于2012年9月對該主變壓器進行了返廠檢查和處理，吊罩前，拆開鐵心接地引線，用2 500 V兆歐表測量，其對地絕緣良好，吊罩后，檢查發現鐵心油道過橋(插入鐵心的銅片)有擊穿點，有高溫過熱燒傷、燒黑變色現象。拆開鐵心油道過橋聯片，用2 500 V兆歐表測量兩側鐵心之間無絕緣。進一步將變壓器器身與下節油箱脫開，依次拆開鐵心下墊腳，測量油道之間仍舊無絕緣，懷疑絕緣在鐵心的上部。依次拆解器身高低壓上夾件，檢查上夾件與鐵心之間的絕緣，未發現異常，用絕緣木條將鐵心從油道處分開，測量絕緣仍舊為零。將鐵心分解檢查，采用電焊機電流擊穿的辦法，將接觸點打開，發現接觸點在鐵心柱W相中部與油道搭接處部位。依次拆解鐵心上軛，將鐵心油道片取出，發現拉弧放電痕跡及擊穿點，并有燒灼痕跡。故障的兩極鐵心間硅鋼片有過熱變色現象，鐵心片與上軛油道絕緣鐵心接觸處有卷邊現象(如圖1所示)，硅鋼片邊角翹起將兩段鐵心短接，造成虛接，同門形銅帶形成環形閉合回路，回路感應出電勢，造成虛接處放電，以致鐵心油道之間無絕緣。因此，判斷鐵心片間短路是變壓器故障的主要原因。

圖1 鐵軛油道側硅鋼片

而變壓器鐵心片間短路的直接原因是該主變壓器在制造過程中，由于當時硅鋼片絕緣工藝欠佳遺留下來的隱患所致，壓接不夠好，鐵心絕緣油道處的硅鋼片在疊片過程中，接縫和邊緣處很容易產生變形和翹起形成油道間短路。出廠試驗時片間絕緣尚未破壞，級間沒有短路，所以出廠試驗沒有發現問題。由于運輸、安裝、投運前沖擊合閘試驗、停運、負荷變化時，變化的電動力沖擊以及運行過程中的鐵心輕微振動，硅鋼片的尖角未很好壓住而蹺起與另一側硅鋼片相碰接通形成回路，一開始偶爾短接硅鋼片，發生火花放電產生乙炔等特征氣體。隨著運行時間推移，翹起的尖角直接搭接在本應絕緣的對側鐵心上，在兩段鐵心之間由聯片和短接點之間構成鐵心內部環路。短路包圍的鐵心面積很大，磁通很多，容易產生較大的短路循環電流，引起高溫過熱，接觸點周圍油被裂解，形成上述各種特征氣體，產生的熱量使總烴不斷上升，這也就是色譜分析總烴升高并一直伴有乙炔產生的原因。該臺變壓器通過解體檢查和鐵心拆片驗證，完全證實了鐵心存在片間短路故障，同時也說明油色譜及電氣試驗的初步分析和判斷是正確的。

2 處理措施及效果

2.1 處理措施

a. 更換油道之間的絕緣撐條和損壞的鐵心片，有效防止油道中部硅鋼片疊片邊角翹起將油道短路。

b. 建議變壓器鐵心絕緣油道處的硅鋼片在疊制中靠近絕緣油道側的接縫位置加墊絕緣紙板，降低損耗，增加防止鐵心短路的必要測試手段。

c. 工作人員應提高設備運行維護、檢修管理水平，把好輸變電設備驗收關及運行監督關，結合狀態檢修工作開展設備評估，發現設備運行中存在的問題，及時消除隱患。

2.2 處理效果

該臺主變壓器檢修投運后，油道絕緣值在5 000 MΩ以上，符合標準要求，并對該臺主變壓器做全項出廠試驗，鐵心短路環流故障消除，試驗結果均正常。隨后進行了油色譜數據跟蹤分析，其中總烴體積分數為3.94 μL/L(注意值為150 μL/L)，C2H2的體積分數為0.48 μL/L(注意值為5 μL/L),數據正常，目前，該主變壓器運行情況良好。

3 結束語

通過油色譜數據發現變壓器異常情況，經過現場電氣試驗、設備返廠解體，找到了鐵心短路故障部位及原因，并進行處理，避免更嚴重事故的發生，確保了變壓器安全穩定運行。

參考文獻：

[1] DL/T 722-2000，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

[2] 操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3] Q/GDW 04-1063-2012-10500，輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].