潛油泵故障引起的主變壓器油色譜異常分析與處理

周 大 鵬， 鄭 權(quán)

(四川華能康定水電有限責(zé)任公司，四川 甘孜 626000)

0 引 言

絕緣油中溶解氣體的分析和判斷是大型電力變壓器內(nèi)部故障檢測的主要手段之一，利用特征氣體“三比值”法，能夠較為準(zhǔn)確地對故障類型進(jìn)行判斷。鑒于變壓器內(nèi)部故障的復(fù)雜性，當(dāng)色譜試驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，應(yīng)結(jié)合變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢查、紅外成像檢查、鐵芯接地電流測試、預(yù)試和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、預(yù)防性試驗等可能的檢查手段綜合分析判斷；強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的變壓器，冷卻器潛油泵的線圈短路和軸承磨損等，也可能造成色譜試驗數(shù)據(jù)異常。因此，潛油泵也應(yīng)重點檢查，從而對故障原因作出準(zhǔn)確的判斷[1]。

1 某電廠試驗數(shù)據(jù)的變化

某電廠2號主變壓器為西安西電變壓器有限責(zé)任公司生產(chǎn)，型號：SFP10-90000/220，容量：90 000 kVA，變比：242±2×2.5%/13.8 kV，連接組別：YN d11，冷卻方式：強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷,共配置3組冷卻器。潛油泵轉(zhuǎn)速：900 r/min，流量：150 m3/s。2號主變壓器于2006年1月1日投運(yùn)，至今已運(yùn)行近14 a，期間運(yùn)行及試驗數(shù)據(jù)正常，未發(fā)生過內(nèi)部故障。2019年3月24日及之前的定期色譜試驗數(shù)據(jù)均正常，但2019年9月10日取樣進(jìn)行的色譜試驗數(shù)據(jù)異常，見表1。

表1 色譜試驗數(shù)據(jù)變化情況(μL/L)

2 異常色譜試驗數(shù)據(jù)分析

2號主變色譜試驗異常數(shù)據(jù)中，總烴含量為816.10 μL/L，超過《GBT7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》(以下簡稱導(dǎo)則)規(guī)定的注意值150 μL/L，H2含量為128.87 μL/L，接近注意值150 μL/L，C2H2含量為0 μL/L，依據(jù)《導(dǎo)則》中規(guī)定的“三比值”故障判斷法，計算故障類型編碼為022[2]，見表2、3。

表2 “三比值法”編碼規(guī)則

表3 色譜數(shù)據(jù)“三比值法”分析結(jié)果

查閱故障類型判別表，編碼022對應(yīng)故障類型為高溫過熱，可能導(dǎo)致故障的原因有：引線夾件螺絲松動或接頭焊接不良，渦流引起銅過熱，鐵芯漏磁，層間絕緣不良，鐵芯多點接地等。依據(jù)《導(dǎo)則》對變壓器絕緣油產(chǎn)氣原理的說明，因不存在C2H2(乙炔)氣體，判斷變壓器內(nèi)部不存在放電故障。

3 檢查處理及原因分析

3.1 發(fā)現(xiàn)異常后復(fù)測數(shù)據(jù)

發(fā)現(xiàn)色譜試驗數(shù)據(jù)異常后，多次取油樣進(jìn)行色譜試驗，總烴含量及產(chǎn)氣率均有增長，試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 色譜試驗數(shù)據(jù)異常后復(fù)測數(shù)據(jù)(μL/L)

備注：a.根據(jù)2號主變負(fù)荷和油溫情況，于9月24日將3號冷卻器退出運(yùn)行；b.10月2日更換1號冷卻器潛油泵。

3.2 現(xiàn)場排查

3.2.1 運(yùn)行情況檢查

對運(yùn)行中的2號主變外觀進(jìn)行檢查，變壓器油枕油位正常，本體無滲油，未發(fā)現(xiàn)本體有明顯異音或振動。從觀察窗檢查瓦斯繼電器及其集氣盒，未發(fā)現(xiàn)有氣體。

3.2.2 鐵芯接地電流測量

9月23日，復(fù)測鐵芯接地電流值為13 mA。根據(jù)歷次測量值，并與同型號、且運(yùn)行環(huán)境相近的1號主變進(jìn)行對比，結(jié)合預(yù)試數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為2號主變鐵芯不存在多點接地。

3.2.3 紅外成像檢查

2019年6月10日，電廠按照定期工作計劃對2號主變進(jìn)行例行紅外成像檢查，各部溫度正常，溫度最高點為低壓側(cè)鐘罩處器身接地銅排連接點，約為57 ℃。發(fā)現(xiàn)色譜試驗數(shù)據(jù)異常后，電廠于9月23日、26日兩次對2號主變進(jìn)行紅外成像檢查，各部溫度未見異常。

3.2.4 冷卻器潛油泵檢查

檢查發(fā)現(xiàn)1號、3號潛油泵偶爾出現(xiàn)輕微不均勻的異常聲音，其他無明顯異常，判斷該異音為潛油泵軸承磨損所致；測量3臺潛油泵電機(jī)運(yùn)行電流、直阻、絕緣電阻，均合格，數(shù)據(jù)見表5。

3.2.5 運(yùn)行數(shù)據(jù)分析

表5 冷卻器潛油泵電機(jī)電氣部分檢查數(shù)據(jù)

對2號主變近三年來在相同邊界條件下，同負(fù)荷、同環(huán)境溫度、相同冷卻器運(yùn)行臺數(shù)情況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行同比，并與1號主變運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行類比，未發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。

3.2.6 預(yù)試數(shù)據(jù)分析

分析2號主變近三年預(yù)試報告，各試驗項目均按照預(yù)試計劃正常開展，試驗數(shù)據(jù)合格。

3.2.7 復(fù)核性預(yù)試

2019年10月9日，將2號主變停電進(jìn)行預(yù)試，試驗項目包括：鐵芯絕緣電阻、繞組直流電阻(運(yùn)行檔位)、繞組絕緣電阻及吸收比、繞組介質(zhì)損耗、繞組泄漏電流、電容型套管的介質(zhì)損耗及電容值，各項試驗數(shù)據(jù)合格。

3.2.8 停用冷卻器及更換潛油泵

9月24日，將潛油泵有異音的3號冷卻器停運(yùn)；10月2日，更換有異音的1號冷卻器潛油泵且經(jīng)上述處理后，2號主變絕緣油總烴含量趨于穩(wěn)定；10月19日，將2號、3號冷卻器潛油泵一并更換。將更換下來的1號、3號冷卻器潛油泵解體檢查，電氣部分未見異常，但定子、轉(zhuǎn)子之間有明顯摩擦痕跡，軸承滾珠有明顯摩擦及疑似過熱痕跡，見圖1。

圖1 定子、轉(zhuǎn)子摩擦痕跡及軸承滾珠磨損痕跡

3.3 原因分析和后續(xù)處理

根據(jù)上述檢查和試驗情況，判斷2號主變由于1號、3號冷卻器潛油泵軸承磨損和定轉(zhuǎn)子之間的摩擦造成局部高溫，導(dǎo)致絕緣油分解，從而引起本體絕緣油總烴含量超標(biāo)。2019年10月20日～23日，用真空濾油機(jī)對2號主變本體絕緣油進(jìn)行濾油脫氣處理，處理后的絕緣油簡化試驗及色譜試驗數(shù)據(jù)合格。靜止48 h后，2號主變于10月27日投入運(yùn)行，之后分別于10月30日、11月4日、11月18日、12月18日取油樣進(jìn)行色譜試驗，數(shù)據(jù)均合格。總烴含量、氫氣以及各烴類氣體含量已趨于穩(wěn)定,2號主變運(yùn)行狀態(tài)正常。濾油脫氣處理后歷次色譜試驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 2號主變?yōu)V油脫氣處理后歷次色譜試驗數(shù)據(jù)(μL/L)

4 結(jié) 語

強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的變壓器，其冷卻器潛油泵軸承磨損、定轉(zhuǎn)子摩擦產(chǎn)生的局部高溫會造成絕緣油過熱分解，導(dǎo)致色譜試驗數(shù)據(jù)異常[3]。

色譜試驗數(shù)據(jù)異常時，應(yīng)結(jié)合變壓器運(yùn)行狀態(tài)檢查、紅外成像檢查、鐵芯接地電流測試、歷次預(yù)試和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析、預(yù)防性試驗等可能的輔助檢查手段綜合分析判斷；對于強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻的變壓器，還需重點檢查潛油泵，從而對故障原因作出準(zhǔn)確的判斷。

對于潛油泵的檢查，除了對常規(guī)的聲音、振動、溫度檢查外，還應(yīng)進(jìn)行運(yùn)行電流、直流電阻、絕緣電阻測試[4]，必要時可考慮測量空載損耗及耐壓試驗。值得注意的是，由于高速流動的絕緣油會迅速將熱量帶走，即便泵體內(nèi)由于軸承磨損、葉輪掃膛或線圈短路等形成過熱點，紅外成像檢查也難以發(fā)現(xiàn)[5]。

按照廠家技術(shù)要求，潛油泵使用8 a左右需進(jìn)行更換。由于潛油泵轉(zhuǎn)速較高(一般高于900 r/min)，長期運(yùn)行容易磨損，且不同廠家產(chǎn)品制造工藝等有差異，故實際使用中，可結(jié)合變壓器冷卻方式、環(huán)境溫度、潛油泵運(yùn)行時間等因素綜合考慮，適當(dāng)提前更換。同時，設(shè)備日常巡檢中，要注意檢查潛油泵的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時檢查處理。