變壓器本體色譜超標故障分析及處理

馮安強

摘要：本文針對某110kV變壓器本體色譜超標故障產(chǎn)生的原因進行分析，并提出行之有效的處理方法。

關(guān)鍵詞：變壓器;故障原因;處理

1故障概述

110kV某站2號變壓器所配有載分接開關(guān)為正反調(diào)壓型。進行本體油色譜例行試驗時發(fā)現(xiàn)乙炔達到282.72μL/L，氫氣達到401.28μL/L，對有載分接開關(guān)油室油進行色譜分析。當日對該變壓器進行了高頻局部放電檢測、鐵芯接地電流檢測等帶電測試，未見異常。該變壓器自投運以來，未經(jīng)受不良工況，上次停電例行試驗數(shù)據(jù)正常。

對變壓器本體及有載開關(guān)的油色譜試驗數(shù)據(jù)進一步分析，本體油的特征組分氣體乙炔含量超標，占總烴的72.4%，其他特征氣體增長相比乙炔不顯著，乙炔異常增長。計算變壓器本體與有載分接開關(guān)油中特征氣體含量的簡單相關(guān)系數(shù)r接近0.9。一般情況下，r越接近于1，有載分接開關(guān)內(nèi)漏的可能性越大，但不排除有其他故障可能。因此初步判斷該變壓器可能存在有載開關(guān)滲漏，決定停電對有載開關(guān)進行吊檢。

2現(xiàn)場檢查

對該有載開關(guān)進行了吊檢，外觀檢查未見明顯滲漏痕跡，隨后對變壓器本體充入氮氣進行正壓試驗，未見明顯滲漏痕跡，判斷缺陷原因非有載開關(guān)內(nèi)漏。復裝開關(guān)，對變壓器進行繞組變形、繞組連同套管的絕緣電阻和吸收比、繞組連同套管的介損及電容量、繞組直流電阻、鐵芯絕緣電阻、局部放電試驗，均未見異常。對該變壓器進行吊罩檢查時發(fā)現(xiàn)有載開關(guān)極性選擇器在動靜觸頭端部之間有放電痕跡，而在觸頭正常接觸位置沒有放電痕跡，變壓器其他部位未見異常。

調(diào)取有載開關(guān)調(diào)壓記錄，該變壓器自投運以來一直在9檔以下運行，極性選擇器沒有動作過，今年極性選擇器動作20余次。

3故障原因分析與處理

3.1極性觸頭間的恢復電壓

對正反調(diào)壓型有載開關(guān)來說，極性選擇器的操作是在分接開關(guān)的中間。在“中間”位置上負載電流是不流過分接繞組的。在這個操作過程中，分接繞組與主繞組瞬間分離，分接繞組瞬間電位“懸浮”，此時在極性觸頭斷口間會產(chǎn)生懸浮電位。分接繞組的懸浮電位取決于相鄰繞組的電壓、分接繞組與相鄰繞組以及分接繞組對地部分之間的耦合電容。懸浮電位通常與分接繞組同主繞組接通時的電位是不相同的。

極性選擇器操作時，打開和閉合的觸頭間將會產(chǎn)生火花放電。打開觸頭上的開斷強度取決于觸頭打開時流過的電流和在火花放電熄滅時在斷口上升起的電壓（恢復電壓）。火花放電產(chǎn)生的電容電流數(shù)量級會達到102mA，由此引起變壓器油分解，產(chǎn)生特征氣體，及觸頭燒損。電容放電產(chǎn)生的密集氣泡會削弱轉(zhuǎn)換選擇器內(nèi)部絕緣間隙強度，甚至會造成絕緣擊穿和調(diào)壓繞組燒毀事故。M型分接開關(guān)極性選擇器觸頭允許恢復電壓一般為35kV，V型分接開關(guān)極性選擇器觸頭允許恢復電壓一般為15kV。

因此本次故障開關(guān)的恢復電壓應(yīng)大于35kV。

3.2恢復電壓的理論計算

在變壓器有載開關(guān)選型時，一般按照經(jīng)驗公式來計算恢復電壓，以高壓側(cè)為星接的正反調(diào)壓開關(guān)為例，其繞組分布圖如圖所示。

對應(yīng)的有載開關(guān)恢復電壓計算公式見式：

式中：Ur+為主繞組末端對調(diào)壓繞組首端的恢復電壓;Ur-為主繞組末端對調(diào)壓繞組末端的恢復電壓;C1為高壓與調(diào)壓繞組之間的電容量;C2為調(diào)壓繞組與油箱之間電容量;UHV為高壓繞組的線電壓;UTV為調(diào)壓繞組的線電壓。

C1、C2的經(jīng)驗計算公式見式：

式中：εwe1為主繞組與分接繞組的絕緣介電系數(shù);h1為主繞組與分接繞組的平均高度;RT內(nèi)為分接繞組內(nèi)半徑;RH外為主繞組外半徑;εwe2為分接繞組與油箱間的絕緣介電系數(shù);h2為分接繞組高度;RY內(nèi)為油箱內(nèi)壁折合半徑;RT外為分接繞組外半徑。根據(jù)變壓器廠家提供的數(shù)據(jù)，對本次故障開關(guān)的恢復電壓進行了計算，首先對C1、C2按照式（3）、（4）進行估算，其中，εwe1取2.3，h1=h2=111Cm，RT內(nèi)=64.95Cm，RT外=83.2Cm，εwe2取2.67，RY內(nèi)=83.2Cm，RT外=66.65Cm，計算得出C1=2809.82pF、C2=557.28pF，代入式（1）、（2）計算出恢復電壓Ur+=229.67kV、Ur-=23.32kV，均小于35kV。

由上可知，該開關(guān)的恢復電壓理論計算值與現(xiàn)場實際不符，理論計算值明顯小于實際值。在計算中所應(yīng)用的計算公式部分是經(jīng)驗公式，適用于大多數(shù)大型變壓器，但是對于比較復雜的現(xiàn)場情況會出現(xiàn)一定的偏差，對于容量較小的變壓器，繞組高度、變壓器體積相對較小，電場分布存在一定的差異，且變壓器在安裝過程中可能會出現(xiàn)偏差，影響實際的恢復電壓。

3.3現(xiàn)場處理情況

鑒于分接選擇器的極性選擇器觸頭有放電燒損痕跡，對分接選擇器進行整體更換，同時加裝電位電阻限制恢復電壓，經(jīng)過計算，每相加裝了3個電位電阻，其一端接在分接繞組的中部，另一端接在分接開關(guān)的引出端子上，如圖所示。

加裝電位電阻后變壓器各項試驗數(shù)據(jù)正常，目前該設(shè)備運行情況良好。

4結(jié)束語

當有載分接開關(guān)出現(xiàn)故障時，可能會引起變壓器本體油色譜試驗數(shù)據(jù)異常;在以往的案例中，因有載分接開關(guān)油室滲漏造成變壓器本體乙炔含量超標的情況較多，因極性選擇器恢復電壓造成的變壓器本體乙炔超標故障在工作中比較少見。

參考文獻

[1]王偉，劉潔，張樹亮，周明，谷雨，王朝陽.變壓器本體色譜超標故障分析及處理[J].河北電力技術(shù)，2020，39（3）：26-59.

[2]王慎，姚微峰.35kV變壓器油色譜異常事件分析[J].農(nóng)村電氣化，2020（2）：41-42.

國網(wǎng)山東省電力公司泰安供電公司，山東泰安?271000