某變電站變壓器直連故障原因分析

◎張荻 雷宗昌 余亞?wèn)| 董斌

針對(duì)某變電站2號(hào)變（F8間隔）66千伏側(cè)C相油氣套管部分嚴(yán)重?zé)g的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)該故障間隔樣品進(jìn)行解體檢查、關(guān)鍵零部件尺寸檢測(cè)、不同接觸情況下的接觸電阻測(cè)量驗(yàn)證、分解物化驗(yàn)等試驗(yàn)，得出C相直連筒體內(nèi)部導(dǎo)體連接部位接觸不良發(fā)熱，長(zhǎng)期積累造成導(dǎo)體熔化，金屬熔化物朝筒體內(nèi)壁濺射造成接地故障。

引言：隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的穩(wěn)步推廣，越來(lái)越多的氣體絕緣封閉式組合電器（以下簡(jiǎn)稱GIS）產(chǎn)品在電網(wǎng)中成功運(yùn)行。以往研究者們認(rèn)為氣體絕緣封閉式組合電器具有高的可靠性，無(wú)需維護(hù)，但現(xiàn)階段，隨著GIS設(shè)備的廣泛應(yīng)用，設(shè)備自身的絕緣能力的下降、保護(hù)誤動(dòng)作、氣體成分報(bào)警、局部放電等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，給電網(wǎng)的安全運(yùn)行和系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)了巨大隱患。

筆者針對(duì)某GIS變電站內(nèi)的2號(hào)變（F8間隔）66千伏側(cè)C相油氣套管部分嚴(yán)重?zé)g故障的情況，通過(guò)對(duì)不同接觸情況下的接觸電阻測(cè)量驗(yàn)證、分解物化驗(yàn)等試驗(yàn)分析，分析了該GIS變電站內(nèi)變壓器直連部分的故障原因，為電力設(shè)備運(yùn)行及生產(chǎn)企業(yè)提供借鑒，防止此類(lèi)事故的再次發(fā)生。

一、問(wèn)題描述

該變電站主要供本站周邊學(xué)校居民用電，2#主變（=F8間隔）C相變壓器直連部分于某年的5月17日運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，故障現(xiàn)象如下：①18：37該站的66千伏II母C相接地告警。②18：44該站的消防裝置火災(zāi)告警。③18：47該站的二組二次開(kāi)關(guān)間隔有氣室六氟化硫氣壓低告警。通過(guò)監(jiān)控視頻系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)二號(hào)變壓器室有濃煙，無(wú)法明確故障點(diǎn)。④19：29變電運(yùn)維人員拉開(kāi)二組二次開(kāi)關(guān)，接地故障消失。⑤經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該站的2號(hào)變（F8間隔）66千伏側(cè)C相油氣套管氣體部分已經(jīng)燒斷。

二、返廠檢查

1.解體檢查。將故障部位變壓器直連筒體二通筒體拆除，觀察絕緣子及對(duì)接面情況，圖1給出了直連筒體的二通筒體結(jié)構(gòu)示意圖。檢查結(jié)果為絕緣子表面發(fā)黑嚴(yán)重，存在裂紋，是受到長(zhǎng)時(shí)間電弧熱效應(yīng)造成；密封圈斷裂，是由于受熱劣化造成。

最后將上方絕緣子與四通筒體拆開(kāi)，觀察四通筒體情況，檢測(cè)結(jié)果為四通筒體內(nèi)壁存在少量粉塵，無(wú)放電痕跡，如圖2所示。

2.關(guān)鍵零部件尺寸檢測(cè)。為了查明本次故障的真正原因，筆者采用對(duì)關(guān)鍵零部件的尺寸檢測(cè)，以確定是否是在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，筆者對(duì)變壓器直連筒體內(nèi)的導(dǎo)體座、中間觸頭長(zhǎng)度、連接塊長(zhǎng)度、動(dòng)觸頭直徑等關(guān)鍵性部位進(jìn)行了尺寸檢測(cè)，表1給出了關(guān)鍵零部件相關(guān)尺寸檢測(cè)結(jié)果。

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根據(jù)表1的檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)B相直連筒體內(nèi)關(guān)鍵零部件尺寸完全符合圖紙要求，同時(shí)C相殘留的導(dǎo)體座長(zhǎng)度也符合圖紙要求

3.不同接觸情況下的接觸電阻測(cè)量。針對(duì)C相嚴(yán)重?zé)g的情況，接觸電阻的測(cè)量驗(yàn)證試驗(yàn)采用間接測(cè)量的方式進(jìn)行，以C相臨近的B相為例，采用B相直連筒體內(nèi)動(dòng)靜觸頭，驗(yàn)證不同接觸情況下的接觸電阻，測(cè)量數(shù)據(jù)如下表2所示。通過(guò)在不同情況下的接觸電阻的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜觸頭接觸不良的情況下，電阻值急劇增大。

4.分解物化驗(yàn)檢測(cè)。為了進(jìn)一步分析現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)g現(xiàn)象的原因，筆者和相關(guān)工作人員在現(xiàn)場(chǎng)拾取相應(yīng)的燒蝕取樣物，在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣物進(jìn)行了化驗(yàn)分析，圖3、圖4給出了化驗(yàn)結(jié)果圖，化驗(yàn)的內(nèi)容包含了 C、O、Cu、F、Mg、Al、Si等相關(guān)元素的含量值。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)的取樣物各個(gè)元素的含量值符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

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三、故障原因分析

通過(guò)以上分析，筆者和相關(guān)電科院專家一致認(rèn)為變壓器C相直連筒體內(nèi)部導(dǎo)體連接部位存在接觸不良的現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間的接觸不良導(dǎo)致了發(fā)熱，而發(fā)熱的長(zhǎng)期積累造成變壓器直連筒體內(nèi)部的導(dǎo)體熔化，金屬熔化物朝筒體內(nèi)壁濺射造成了接地故障。由于本站66kV側(cè)接地為消弧系統(tǒng)接地方式，允許在一定時(shí)間內(nèi)存在單相接地的現(xiàn)象。在消弧線圈補(bǔ)償?shù)淖饔孟拢珻相故障單元的電流與另外兩相電流差值較小，因此故障持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，高溫電弧加劇了導(dǎo)體熔化過(guò)程，濺射的金屬溶液造成了主回路和筒壁之間的接地故障持續(xù)發(fā)生，逐漸導(dǎo)致過(guò)渡筒燒蝕熔化，最終導(dǎo)致了本次故障。

由于變壓器C相直連筒體內(nèi)部導(dǎo)體燒蝕熔化程度非常嚴(yán)重，關(guān)鍵性的物證缺失，無(wú)法確定接觸不良的真正原因；通過(guò)和GIS廠家溝通根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，我們推測(cè)導(dǎo)致本次導(dǎo)體接觸不良故障的因素如下：

1.產(chǎn)品在現(xiàn)場(chǎng)安裝的過(guò)程中，部分導(dǎo)電接觸面（下圖5三處標(biāo)記部位）連接螺栓可能存在緊固力矩不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，導(dǎo)電面接觸不好，直接導(dǎo)致了接觸電阻增大，從而使得導(dǎo)體發(fā)熱而引發(fā)不良故障。

2.為了便于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，中間觸頭和靜觸頭之間存在手動(dòng)分合結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同接觸情況下的接觸電阻測(cè)量驗(yàn)證中可知，如果中間觸頭合閘不到位，動(dòng)靜觸頭也會(huì)存在接觸不良的現(xiàn)象，這樣也會(huì)導(dǎo)致接觸電阻的增大，從而使得導(dǎo)體發(fā)熱而引發(fā)不良故障。圖6給出了動(dòng)靜觸頭分合閘狀態(tài)的模擬示意圖。

四、結(jié)論

本文根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)情況分析了該變電站的故障原因。結(jié)合了現(xiàn)場(chǎng)直觀檢查、解體試驗(yàn)、關(guān)鍵零部件尺寸的檢測(cè)和分解物化驗(yàn)等手段全面的查找了故障可能存在的原因，確定了故障原因是由于接觸不良導(dǎo)致的發(fā)熱問(wèn)題，隨著時(shí)間的積累導(dǎo)體熔化，金屬熔化物朝筒體內(nèi)壁濺射造成了接地故障。