靜止變頻裝置輸入變壓器總烴和乙炔含量超標故障分析處理

陳緒濱，陳光偉

（中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

靜止變頻裝置輸入變壓器總烴和乙炔含量超標故障分析處理

陳緒濱，陳光偉

（中國南方電網調峰調頻發電公司檢修試驗中心，廣東 廣州 511400）

通過對調峰調頻發電公司下屬某電廠的靜止變頻裝置輸入變壓器總烴及乙炔超標分析，應用改良三比值法初步判斷變壓器內存在824℃的高溫過熱故障。結合變壓器各項電氣試驗數據，通過專家分析，決定對變壓器進行吊器身檢查，在檢查中發現變壓器上圍屏下沿和下圍屏上沿均存在過熱燒損現象，并對故障進行處理。對抽水蓄能行業同類型變壓器故障分析具有借鑒意義。

靜止變頻裝置；總烴及乙炔超標；氣相色譜分析；三比值法；過熱故障

0 引言

靜止變頻裝置啟動作為大型抽水蓄能電站機組的首選啟動方式，對于抽水蓄能電站的正常運行具有非常重要的作用。靜止變頻啟動是利用晶閘管變頻器產生頻率可變的交流電源對蓄能機組進行啟動，能夠使啟動電流維持在機組要求的額定電流以下運行，對電網無任何沖擊，具有軟啟動性能，同時也能滿足抽水蓄能電站的機組在電網電力調峰過程中頻繁起動的要求。SFC輸入變壓器作為SFC的輸入單元，主要用于將較高等級的電網電壓變成較低等級的電壓供給變頻單元，同時起隔離作用。

調峰調頻發電公司下屬某電廠的靜止變頻裝置輸入變壓器（以下簡稱變壓器），型式為戶內、三相三繞組、銅繞組、強制風冷自然油循環，額定容量為23500kVA，由意大利Specialtrasfo公司生產制造。2012年7月17日，在對該變壓器進行油中溶解氣體氣相色譜試驗時，發現總烴和乙炔含量分別迅速增長至160.39μL/L和8.37μL/L，超過國標規定的注意值150μL/L和5μL/L，此后，總烴及乙炔都保持穩定。2013年3月7日，總烴和乙炔均降回注意值以下。由于該變壓器的正常工作與否直接決定了靜止變頻裝置能否安全穩定運行，因此，該故障引起了電廠的高度重視。

1 變壓器總烴及乙炔超標的分析與處理

2012年6月初，發現變壓器油中烴類氣體的增長速度加快（圖1），并于2012年7月17日的油中溶解氣體氣相色譜試驗中發現總烴及乙炔含量均超過規程規定的注意值。為尋找故障原因，從以下幾方面進行分析。

圖1 變壓器油中烴類氣體有加快增長趨勢

（1）由圖1可以看出，在故障后，總烴及乙炔含量相對穩定，分別保持在155μL/L和5μL/L，2013年3月，總烴及乙炔含量均降回注意值，但總烴含量仍然偏高。

（2）對變壓器油中溶解氣體氣相色譜試驗數據進行分析，試驗數據結果如表1所示。

分析表1中試驗數據，2012年6月12日至2012年7月17日期間總烴相對產氣率的計算如下：

表1 變壓器油色譜中總烴及乙炔含量較高的色譜離線分析數據 μL/L

式中：Ci2為第二次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L，Ci1為第一次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L，Δt為二次取樣時間間隔中的運行時間，月。

計算得出在此期間總烴相對產氣速率為391.09%，已經超過了《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》[1]中的注意值10%。

根據表1試驗數據可以看出，特征氣體的主要組分為 CH4和 C2H4，次要組分為 C2H6、H2，因此，可初步判斷變壓器存在過熱故障。

參照《變壓器油中溶解氣體分析判斷導則》中的改良三比值法，改良三比值法是用5種氣體的3對比值以不同的編碼表示，編碼規則見表2，計算2012年8月17日特征氣體的三比值編碼：

表2 改良三比值法編碼規則

2012年8月17日和2012年10月16日的三比值編碼均為（0,2,2），通過查詢《變壓器油中溶解氣體分析判斷導則》中改良三比值法的故障類型判斷方法可以得知，2次三比值編碼均為高溫過熱故障。根據日本月岡、大江等人于1978年研究并提出的熱點溫度估算公式可以算出，2012年8月17日變壓器故障部位的溫度大約為：

通過以上分析，可以得知：①總烴及乙炔含量超出注意值；②總烴相對產氣速率超過注意值；③根據改良三比值法以及熱點溫度估算公式可以判斷輸入變壓器存在高溫過熱故障，故障點溫度大約為824℃。

（3）對變壓器進行電氣試驗，發現各項電氣試驗數據均正常，因此，從電氣試驗數據并不能發現變壓器故障點的具體位置。

通過上述分析，基本可以確定變壓器存在高溫過熱故障，故障點溫度約為824℃，具體情況需變壓器停運吊器身檢查才可以確定。

2 變壓器停運吊器身檢查及發現的問題

（1）變壓器吊器身后，對變壓器器身各個部位進行全面檢查，高壓繞組及接頭外層繞包的皺紋紙沒有明顯過熱及放電痕跡。

（2）在變壓器箱底發現一些瓷質碎片，判斷箱底下的瓷質碎片為低壓套管內部受損掉落的。在拆卸低壓套管后，發現各低壓套管內部均存在輕微損傷，證實了初步判斷。

圖2 破損的星接低壓繞組V相套管

（3）上夾件的上拉帶有一個螺母缺失，該螺母主要用于鎖緊上夾件下拉帶，防止拉帶松脫。懷疑是產品生產工藝存在問題。

（4）進行圍屏絕緣電阻測試。變壓器的聯結組別為Dd0-Dyn1，低壓側有兩個繞組，分為上低壓繞組和下低壓繞組，每個低壓繞組與高壓繞組間都為一個圍屏，上、下圍屏通過公共引出線引出接地，上、下圍屏材料為銅，變壓器圍屏如圖4所示。圍屏主要用于防止高壓繞組（或低壓繞組）發生接地故障后，導致低壓繞組（或高壓繞組）也發生故障，起到隔離作用。首先測量上圍屏對下圍屏的絕緣電阻，試驗電壓為1000V，絕緣電阻為200GΩ，結果合格，將試驗電壓升至5000V，發生放電，正常情況下，上、下圍屏在5000V電壓下絕緣電阻應良好，因此判斷上、下圍屏之間可能存在故障。起吊三相高壓繞組，發現三相上、下圍屏之間均存在嚴重的過熱燒損現象，如圖5所示。

圖3 缺少一個螺母的上夾件上拉帶

圖4 W相圍屏燒損情況

圖5 該變壓器的圍屏圖

3 問題的分析及處理

（1）各低壓套管破損程度較輕微，破損處對低壓套管整體絕緣及密封均無較大影響，另外，電廠暫時缺乏該低壓套管的良好備品，因此，經專家討論決定繼續使用輕微破損的低壓套管。

（2）上夾件的上拉帶有一個螺母缺失，但對變壓器運行并無影響，而且檢修現場并無該型號螺母，因此專家建議暫不處理。

（3）三相上、下圍屏之間存在嚴重的過熱燒損故障的原因分析為：上圍屏僅靠用膠水沾在絕緣筒上，并用絕緣紙帶纏繞固定，變壓器運行時間久后，膠水和絕緣紙帶老化，加上變壓器本身機械振動，膠水和絕緣紙帶無法固定上圍屏，從而導致上圍屏向下滑動，最終搭接在下圍屏上。搭接的上、下圍屏等效于匝數為1圈的繞組，如圖6所示，根據電磁感應定律，在上、下圍屏搭接處將感應出很大的電流，產生很大熱量，使得圍屏搭接處高溫過熱，圍屏絕緣紙板燒損，從而導致變壓器油總烴及乙炔含量超標。經過一定時間后，下圍屏絕緣紙帶由于額外承受部分上圍屏重量而變形，無法承受而下滑，上、下圍屏分離，回路斷開，因而變壓器油總烴及乙炔含量逐漸恢復正常。

圖6 搭接后的圍屏等效圖

（4）三相上、下圍屏之間存在嚴重的過熱燒損故障的處理為：將銅制圍屏更換為鋁制圍屏，鋁材料輕于銅材料，膠水和絕緣紙帶能夠更好的固定圍屏，另外增設上圍屏墊塊3塊，限制上圍屏下滑，保證上、下圍屏無法搭接在一起。裝好圍屏后，測量三相上圍屏對下圍屏的絕緣電阻，結果合格。

（5）將SFC輸入變壓器檢修過程中所發現的缺陷處理后回裝，并進行出廠試驗，各項試驗結果均合格。

4 結語

通過變壓器油中溶解氣體氣相油色譜分析，提前發現了變壓器內部存在的故障，通過處理避免了一次重大設備損壞事故，此故障如不處理，上圍屏可能會繼續下滑，再次與下圍屏搭接，產生高溫過熱故障，進而燒穿絕緣筒，損壞高低壓繞組的絕緣，發展成為繞組匝間短路，造成變壓器嚴重損壞和機組啟動失敗，同時也發現該型號變壓器存在的設計問題，為抽水蓄能行業同類型變壓器的檢修和技改提供借鑒經驗。

[1]GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析判斷導則[s].

TM41

B

1672-5387（2015）S-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.013

2015-10-22

陳緒濱（1990-），男，助理工程師，從事水電廠電氣檢修試驗工作。