核電500kV變壓器乙炔突增問題的分析及處理

苑東升+王巍+曹陽

摘 要：通過對變壓器油中特征氣體監測，發現1號主變B相油中乙炔（C2H2）含量超過規程要求注意值，且為突增情況。本文對1號主變B相油中C2H2含量突增問題進行了分析，同時就原因查找、問題評估及處理進行闡述。

關鍵詞：變壓器，特征氣體，異物，鐵芯片間短路

1 引言

油浸式變壓器無論是熱故障還是電故障，都會促成油及固體絕緣材料的老化和裂解，并在變壓器油中產生各種少量低分子烴類、氫氣、CO、CO2等氣體。分析溶解于油中的氣體，就能提早地發現產品內部存在的潛伏性故障，并可隨時監視故障的發展情況。依據氣相色譜分析得到特征氣體的種類和數量對產品問題類型的判定、故障的迅速解決提供有力的支持。

本文針對核電廠1號主變B相油中C2H2含量突增的問題，介紹了問題的分析、查找過程，制定了處理效果評估、跟蹤評價方案等預防措施。

2 故障現象及檢查情況

2.1產品基本參數

某核電廠1號機主變產品結構：鐵心采用單相四柱結構，兩主柱、兩旁軛；A、X柱容量相等；A、X兩柱的高壓線圈、低壓線圈均為并聯結構；器身夾件上下放置磁屏蔽，油箱內壁放置屏蔽，控制漏磁避免過熱；油箱采用鐘罩、箱沿焊接結構。

產品型號：DFP-400000/500TH

額定容量比：400/400MVA

額定電壓比：525/√3 /24kV

聯接組標號：Ii0

短路阻抗：HV-LV18%

冷卻方式：ODAF

2.2問題出現

1）產品2012年12月開始帶電，2013年12月31日并網，2014年3月25日投入商業運行；

2）2015年2月23日例行檢驗油樣時發現油中特征氣體出現異常情況。主變B相油中C2H2含量為1.23ppm，超過《DL/T596—1996電力設備預防性試驗規程》中要求“運行中的500kV變壓器乙炔含量1ppm的注意值”，且H2、C2H6、C2H4等伴隨特征氣體均有所增長；

3）鑒于產品出現異常，核電廠立即決定1號主變緊急停運。一方面開展測試檢查工作；一方面聯系制造廠及咨詢專家開展問題原因分析。2015年2月24日再次對1號主變相取油樣進行色譜分析，確認油中C2H2的存在且在增長，而在一周前2015年2月15日，及2015年1月15日的月度油樣中均未檢出C2H2；同時1號主變A、C相變油樣均未檢出C2H2。主變B相油溫、繞組溫度均未出現異常，未發生輕瓦斯報警。

1號主變停電后，首先對主變B相（故障相）進行高、低壓繞組的直流電阻，鐵芯、夾件絕緣電阻測量，試驗結果合格。從直阻、絕緣測量的試驗結果分析，可排除鐵芯多點接地或高低壓繞組端接不良導致變壓器內部放電或高溫過熱而引發主變油中C2H2突增。

運用DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中的三比值法計算，1號主變B相油中C2H2/C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6比值對應的特征編碼組合為0，0，2；故障類型為：“高溫過熱”，典型故障為“分接開關接觸不良，引線夾件螺絲松動或接頭焊接不良，渦流引起的銅過熱，鐵芯漏磁局部短路，層間絕緣不良，鐵芯多點接地”；結合產品結構、操作情況和絕緣試驗結果初步判斷引起故障的可能原因為以下三點：

i.鐵芯可能存在級間、或較大的片間短路；

ii.內部引線、線圈抽頭等部位可能有松動點，導致過熱現象；

iii.磁屏蔽、銅屏蔽等部位可能有接觸不良；

2.3內部檢查

為進一步確認故障根本原因，對1號機主變B相（以下簡稱：事故相）進行了全面的內檢。對高壓套管及其引線、低壓套管及其引線、中性點套管及其引線、無載開關及其引線、鐵芯壓釘、鐵芯拉帶、鐵芯磁屏蔽等部位也進行了全方位檢查，均未發現異常。但在鐵軛下端檢查發現面向低壓側-A柱-上壓板-中心線右壓釘里側有一鐵墊塊（尺寸約90*90*18mm），與鐵墊塊對應的鐵軛第3級下端面、第2級側面的硅鋼片片間局部有燒灼痕跡。與此鐵墊塊接觸的鐵軛有兩點炭黑痕跡疑似放電點，如圖1所示：

由于空間狹小，用內窺鏡和反光鏡對放電或過熱點進行了拍照觀察，如圖2、圖3所示。發現第2級鐵芯有1過熱點（涉及3-4片鐵芯硅鋼片）。（說明：鐵芯硅鋼片的單片厚度為0.3mm，過熱點的直徑約1mm）。

3 事故的確認

3.1鐵墊塊的來源

結合變壓器本體結構部件進行分析，確定該鐵墊塊不是變壓器本體的部件，排除部件脫落的可能；經過辨別判斷并調查明確鐵墊塊為生產制造過程使用的工裝零件，是變壓器在廠內生產過程中用液壓缸對器身加壓，加墊在液壓缸下的墊板，根據其所在位置和液壓缸使用情況，推斷為在加壓工作完成后遺忘在器身上。其遺留位置極為隱蔽，正常內檢不易發現。

3.2鐵墊塊導致出現事故的原因分析

通過對事故相及其他同批產品以往運行及檢測情況分析，產品結構不存在缺陷。從廠內試驗油中色譜沒有異常情況來看，鐵墊塊最初的狀態沒有靠到鐵軛上；由于線圈壓板的上部電場較低，鐵墊塊存在沒有在絕緣試驗以及監視局放等情況下被反映出來；當鐵墊塊接觸到鐵軛上時，導致鐵軛端面的硅鋼片與鐵墊塊“打火”放電，出現事故，并致使變壓器油分解，導致特征氣體含量異常。

3.3鐵墊塊與鐵芯之間接觸情況電場分析

應用仿真軟件建模分析，圖4線圈與鐵軛上端部之間等電位分布圖和電場強度分布云圖。

從電場模擬分布圖分析，在鐵墊塊與鐵芯之間不可靠接觸情況下，鐵墊塊上感應電位取決于其本身處于電場中的位置。假設鐵墊塊與鐵心之間有1mm油隙，在主變低壓線圈外施85kV電壓下，鐵墊塊的感應電位為2.42kV，金屬塊與鐵芯之間電場強度為4.2kV/mm，鐵墊塊與鐵芯之間有足夠的油隙距離情況下放電也不會發生。但若考慮震動因素使油隙變化形成虛連，造成鐵墊塊與鐵芯片之間的放電是可能的。

根據上述電場計算結果，若在廠內試驗及運行前期時鐵墊塊與鐵芯之間的接觸情況與后來運行時不同，即鐵墊塊在當時與鐵芯未形成虛連，在廠內出廠試驗和到電廠后的交接試驗合格及不發生放電是完全可能的，同樣在之前近2年的運行中油樣未檢測出C2H2也是如此。

綜上分析，可明確判斷主變B相油中產生C2H2氣體的原因是由于主變運行時鐵墊塊與鐵軛之間接觸造成放電，致使油裂解所致。

4 處理方案

在事故根本原因已經分析清楚，事故影響范圍、損傷情況已經明確的情況下制定了處理方案：

1）取出主變B相內部的金屬塊異物，對主變B相鐵軛的放電點用百潔布沾無水酒精進行適度擦磨處理，消除或減小鐵芯片間短路；

2）對主變B相進行72小時熱油循環，除去變壓器油中的C2H2；

3）主變B相油處理合格后，進行產品耐壓并監視局部放試驗；

4）利用主變空載試驗，進一步確認修復效果；

5）開展主變A相、C相內檢，排除存在異物的可能；

6）上述工作開展后如無異常，判定產品修復完成，可以繼續投運。

5 事故經驗反饋及預防措施

2015年3月18日1號主變三臺產品再次投運，至今狀況良好。通過此次事故發生原因、處理過程，提出相應的預防措施：

1）制造廠在生產過程異物的管控加強改進，制造廠在生產區間劃定管控范圍，設定監管區；要求對工裝工具、消輔材料的使用進行事先登記，事后核查、清理；

2）現場安裝內檢及檢修期的維護工作，要求事先制定預案，確定檢查方法、應用工具；對檢查不到的位置進行預案分析，確定試驗內容、排除影響；

3）加強檢修期前、檢修期間、檢修完成各階段預防性試驗的內容和頻次，并開展數據的比對工作，找出數據差距原因；

4）問題排查過程對同批次、同型號的產品運行、測試數據歸類比較，統一規劃整改、預防措施。

參考文獻：

[1]DL/T596—1996電力設備預防性試驗規程

[2]GB/T7252—2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則

[3]GB/T16274-96500kV油浸式電力變壓器技術參數和要求endprint