一起110kV變壓器故障診斷分析

張超，吳艾婷

（1.貴州創(chuàng)星電力科學(xué)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550002；2.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴港供電局，廣西 貴港 537100）

0 引言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大以及系統(tǒng)裝機(jī)容量增長(zhǎng)迅速，電力變壓器負(fù)荷有增無(wú)減，導(dǎo)致短路故障發(fā)生頻率越來(lái)越高[1]。變壓器一旦發(fā)生故障，產(chǎn)生的后果將不可估量，停電范圍更廣，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重巨大，甚至對(duì)區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成威脅。因此，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高可靠性、強(qiáng)穩(wěn)定性和優(yōu)質(zhì)電能質(zhì)量的要求，對(duì)變壓器的健康狀態(tài)、分析故障隱患和制定反事故措施，是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作[2-3]。

某110kV變電站利用#1主變有載分接開(kāi)關(guān)呼吸器處漏油故障分析機(jī)會(huì)，對(duì)其進(jìn)行了預(yù)防性試驗(yàn)，結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)變壓器中部可能存在局部放電；低電壓阻抗測(cè)試表明，高對(duì)中和中對(duì)低的低電壓下短路阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果異常；頻率響應(yīng)法測(cè)試表明中壓A相與低壓c相的頻率響應(yīng)曲線(xiàn)異常。

1 變壓器試驗(yàn)分析

1.1 變壓器銘牌參數(shù)

該臺(tái)主變?yōu)橛徒诫娏ψ儔浩鳎圃烊掌跒?004年，于2005年投運(yùn)，其主要銘牌參數(shù)如表1。

表1 主要銘牌參數(shù)

1.2 油色譜試驗(yàn)

前油色譜試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該主變出現(xiàn)乙炔，當(dāng)日即對(duì)該主變油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，數(shù)值均為0.29μL/L，未超過(guò)主變運(yùn)行中乙炔注意值（乙炔注意值為5μL/L）。近期油色譜測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 油色譜測(cè)試結(jié)果

兩次耐壓試驗(yàn)后油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)中乙炔值有所增長(zhǎng)，由特征氣體法可從表中看出，該主變底部油樣和主變本體中部中主要特征氣體均為H2、C2H2。且C2H2含量超過(guò)投運(yùn)前參考注意值，由特征氣體法可初步判斷可能存在局部放電。本體中部和本體底部數(shù)據(jù)相比較本體中部各組分濃度均大于本體底部各組分濃度，可推測(cè)故障可能在中上部。綜上可初步判斷可能中部存在局部放電[4]。

1.3 低電壓短路阻抗試驗(yàn)

對(duì)該臺(tái)變壓器進(jìn)行低電壓短路阻抗測(cè)試，高壓繞組對(duì)中亞繞組、高壓繞組對(duì)低壓繞組以及中壓繞組對(duì)低壓繞組的低電壓阻抗測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 低壓短路阻抗測(cè)試結(jié)果

低電壓短路阻抗測(cè)試表明，除高對(duì)低之間的短路阻抗?jié)M足要求外，高對(duì)中和中對(duì)低的低電壓下短路阻抗測(cè)試結(jié)果不滿(mǎn)足DL/T1093-2018《電力變壓器繞組變形的電抗法檢測(cè)判斷導(dǎo)則》“容量100MVA及以下且電壓220kV以下的電力變壓器繞組三個(gè)單相參數(shù)的最大相對(duì)互差不應(yīng)大于2.5%”的要求[5]。

1.4 繞組變形試驗(yàn)

對(duì)該主變進(jìn)行了繞組變形試驗(yàn)，中壓繞組測(cè)試頻譜圖、低壓繞組測(cè)試頻譜圖和高對(duì)中繞組測(cè)試頻譜圖分別為圖1、圖2和圖3所示[6]。

由圖1可知，在中頻段（100kHz～600kHz）處，中壓Am相與中壓其他兩相相比，諧振點(diǎn)前移；在600kHz處，中壓Am相諧振峰幅度異常，表明中壓Am相存在繞組發(fā)生傾斜伏倒或翹曲等局部變形現(xiàn)象。

圖1 中壓繞組測(cè)試圖譜

由圖2可知，低壓c相在186kHz處，諧振峰數(shù)目減少，由電容特性變?yōu)殡姼刑匦裕蛪篶相可能發(fā)生了一定程度翹曲變形。

圖2 低壓繞組測(cè)試圖譜

由圖3可知，在中頻段，A相對(duì)其它相繞組間的電容發(fā)生了一定程度的變化。表明中壓Am相與高壓A相之間的相對(duì)位置發(fā)生了一定改變。

圖3 高對(duì)中繞組電容測(cè)試

通過(guò)繞組變形測(cè)試和低電壓阻抗測(cè)試結(jié)果綜合比較分析，認(rèn)為110kV變電站該#號(hào)主變中壓Am已存在較為嚴(yán)重變形，低壓c相可能存在變形。繞組變形程度需要返廠檢修后進(jìn)一步深入調(diào)查。

2 原因分析

2.1 歷史工況

（1）運(yùn)維、檢修情況。事故發(fā)生前一個(gè)星期，巡視未發(fā)生異常現(xiàn)象；檢修狀態(tài)正常且油色譜試驗(yàn)分析正常。

（2）歷史沖擊情況。近期該變電站35kV某線(xiàn)B、C相相間短路，引起相應(yīng)間隔發(fā)生B、C相相間短路，繼而發(fā)展為ABC三相短路，最大短路電流達(dá)到約7022A。故障后進(jìn)行了相關(guān)繞組變形與油色譜試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 原因分析

（1）初步認(rèn)為原因可能是在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，由于機(jī)械振動(dòng)、環(huán)境影響、材質(zhì)老化等因素，導(dǎo)致該主變有載分接開(kāi)關(guān)油室鉚釘松動(dòng)，密封失效。主變本體油箱與分接開(kāi)關(guān)油室連通，因本體油液面（即油枕處）高于分接開(kāi)關(guān)，壓強(qiáng)作用使油從分接開(kāi)關(guān)呼吸器處向外漏；

（2）根據(jù)繞組變形和低電壓阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可初步判斷該主變中壓側(cè)A相繞組出現(xiàn)了明顯變形。變形原因?yàn)樵馐芙鼌^(qū)短路沖擊（此前最近發(fā)生的一次為2020年1月6日，ABC三相短路電流最大值達(dá)到約7022A）。耐壓試驗(yàn)后油中乙炔產(chǎn)生的位置不明確，需要待返廠后做進(jìn)一步檢查。

（3）由于變壓器在附近區(qū)域發(fā)生短路，因此，A相繞組中會(huì)流過(guò)大電流，繞組中會(huì)產(chǎn)生漏磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。繞組承受徑向力，低壓繞組在壓力下容易不穩(wěn)定，變壓器的機(jī)械強(qiáng)度的變得薄弱。當(dāng)遭受巨大的短路電流所產(chǎn)生的熱動(dòng)力可能直接損壞變壓器電線(xiàn)的固體絕緣，或者可能降低電線(xiàn)的機(jī)械強(qiáng)度，從而導(dǎo)致熱動(dòng)力和電動(dòng)勢(shì)的破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

作者主要對(duì)一起110kV變壓器有載開(kāi)關(guān)漏油且檢修后試驗(yàn)不合格的故障分析，通過(guò)例行試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證主變故障的可能性與可疑故障點(diǎn)，并對(duì)變壓器的運(yùn)維提出以下建議。

（1）建議110kV以上變壓器應(yīng)結(jié)合檢修檢查有載分解開(kāi)關(guān)螺栓是否松動(dòng)、斷裂、脫落等情況。

（2）變壓器在遭受近區(qū)短路故障后，受到短路電流沖擊，繞組在電動(dòng)力的作用下可能產(chǎn)生形變，嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行，應(yīng)盡快進(jìn)行檢查并根據(jù)程度決定是否進(jìn)行處理。

（3）結(jié)合變壓器運(yùn)行年限時(shí)長(zhǎng)，加強(qiáng)開(kāi)展110kV及以上電壓等級(jí)在運(yùn)變壓器抗短路能力校核工作，重點(diǎn)校核運(yùn)行年限15年以上的老舊變壓器、以及發(fā)生過(guò)抗短路能力不足故障的同類(lèi)廠家同批次產(chǎn)品。

（4）在變壓器運(yùn)維工作中，積極探索新的科學(xué)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)變壓器健康狀態(tài)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，第一時(shí)間發(fā)掘潛伏的故障。