變壓器有載分接開關故障分析與處理

劉曉波,苗 宇,陳志勇,李月文,史強強

(內蒙古電力(集團)有限責任公司烏蘭察布供電分公司,內蒙古 烏蘭察布 012000)

變壓器是電力系統的重要組成設備,一旦其發生事故,可能導致大面積停電,故變壓器電氣試驗是保證電網穩定運行必要手段。變壓器試驗項目主要有油色譜分析、直流電阻、交流耐壓、有載分接開關試驗、局部放電、介質損耗、泄漏電流等[1]。其中,油色譜試驗在分析變壓器內部初期放電、發熱等故障等方面較為有效,也可跟蹤觀察故障發展趨勢[2]。作為變壓器帶負荷動作的唯一部件,有載分接開關的試驗與維護至關重要,其故障可通過絕緣油色譜分析、直流電阻、有載分接開關試驗數據來體現[36]。

1 有載分接開關工作原理

為確保電能質量,運行人員需在變壓器不停電情況下調節電壓,而有載分接開關可利用過渡電阻限制環流,完成分接選擇器之間的切換,從而改變繞組的匝數,實現帶負載調壓的目的[7,8]。其結構主要包括3個部分:極性選擇器、分接選擇器及切換開關。其中,極性選擇器、分接選擇器位于變壓器油箱中,切換開關由于切換負載電流較為頻繁,產生的電弧會使油質快速劣化,因此放置于獨立的油箱中,與變壓器油箱本體隔離[7]。有載分接開關的電氣原理如圖1所示。

圖1 有載分接開關電氣原理

2 設備故障過程

某220 k V變電站1號主變壓器(簡稱“主變”)型號為SFPSZ7-90000/220,額定容量為90000/90000/45 000 k VA,額定電壓為220/121/11 k V。該主變故障前運行穩定、負荷平穩,且未遭受大電流沖擊等故障。

2.1 油色譜分析

2021年3月4日,高壓試驗人員例行對該主變進行絕緣油色譜分析,發現油色譜異常,詳細數據如表1所示,C2H2和總烴含量均超過規程規定[9](220 k V及以下變壓器乙炔含量不大于5 μL/L,總烴含量不大于150μL/L),由于該變壓器油色譜試驗歷史數據均合格,故懷疑變壓器內部可能存在絕緣類故障。3月6日,試驗人員再次取樣分析后,結果與3月4日數據基本一致。試驗人員利用5種特征氣體的三比值法[9]來判斷故障性質,比值編碼為022,故障性質為高于700℃的熱故障。對該變壓器進行了油色譜跟蹤,縮短取樣周期,跟蹤檢測試驗數據如表1所示,C2H2含量逐漸下降并趨于穩定,但C2H2和總烴含量仍然超標。

表1 絕緣油色譜跟蹤試驗數據

2.2 帶電檢測

2.2.1 局部放電檢測

2021年3月22日,利用PDS-T90局部放電檢測儀對該主變進行帶電檢測,超聲波(AE)檢測未發現異常信號,特高頻(UHF)檢測發現有局部放電信號,特別在有載分接開關側主變油箱縫隙處放電信號明顯,特高頻PRPD/PRPS圖譜如圖2所示。放電信號在工頻相位的正、負半軸均出現,放電次數較少且重復率低,信號最大幅值54 d B,放電類型具有懸浮放電特征[10]。初步判斷變壓器中可能存在接觸不良、連接松動的部件。

圖2 特高頻PRPD/PRPS圖譜

2.2.2 鐵心接地電流檢測

考慮到該主變運行時間長,已達到設計壽命,可能存在鐵心底部卷邊,致使鐵心漏磁,引起局部過熱故障,故對該主變進行鐵心接地電流測試。

鐵心接地電流測試結果為15 mA,符合規程[11]要求的100 mA范圍內,故排除鐵心多點接地及渦流引起的過熱故障。

3 診斷性試驗分析

3月26日,按計劃停電后對主變展開診斷性試驗工作,其中,泄漏電流、變比、繞組及套管介質損耗因數及電容量、繞組及套管絕緣電阻、短路阻抗及頻響法繞組變形測試、中壓及低壓繞組直流電阻測試合格,而高壓側W相繞組直流電阻不平衡,有載分接開關試驗不合格,具體分析如下。

3.1 直流電阻試驗

為檢查分接開關接觸是否良好以及繞組層間、匝間有無短路現象等,進行直流電阻試驗。電動調節有載開關反復多次動作、摩擦觸頭,后測得該主變高壓側直流電阻換算到20℃的數據如表2所示。

表2 高壓側直流電阻測試值

由表2可知,高壓側1-8檔位W相直流電阻與U、V兩相相比明顯增大,4、5、7、8檔不平衡率較高,不平衡率均超出規程規定值[11](1.6 MVA以上的變壓器,相間互差不大于2%,無中性點引出的繞組,線間相互間差別不大于1%),最大不平衡率達到11.671%。而9-17檔位中,12、13、15、16檔直流電阻偏大,在臨界值附近,初步懷疑有載分接開關的W相極性選擇器或分接選擇器觸頭接觸不良,觸頭表面可能有油污、氧化及燒灼等情況。

3.2 有載分接開關試驗

為檢查有載分接開關的動作順序、切換時間和過渡電阻是否合格,進行有載分接開關試驗,并測量過渡波形。在該變壓器1-8檔逐級測量過渡電阻時,過渡電阻值如表3所示。W相過渡電阻值大于U、V兩相,與銘牌電阻2.5Ω相比,不平衡率約為28%左右,超過規程規定[11]標準值10%,其它檔位過渡電阻值在規程范圍內。

表3 過渡電阻試驗值

測量過渡波形,10-17檔逐級過渡波形均正常,1-8檔逐級測量過渡波形存在異常,波形相似。分接1-2過渡波形如圖3所示,橫軸t為過渡時間,縱軸I為切換過程中電流值大小,選取的試驗電流為1 A。由圖3可知,三相波形相似,過渡時間無差別,可判斷切換同期,分接動觸頭無松動扭曲等,但切換過程中W相電流明顯小于U、V兩相,但沒有過零,進一步判斷在橋接過程中W相極性選擇器正極性側存在異常。

圖3 有載分接1-2過渡波形

3.3 故障分析

通過有載分接開關原理示意與直流電阻數據可知,W相直流電阻明顯偏大的4、5、7、8檔與12、13、15、16檔的分接選擇器的觸頭位置都位于4、5、7、8,1-8檔直流電阻整體偏大的部分極性選擇器都位于正極性位置。再結合W相過渡電阻1-8檔整體偏高以及油色譜試驗C2H2和總烴含量超標等分析,該變壓器故障原因為有載分接開關的極性選擇器W相接觸不良,分接選擇器W相4、5、7、8觸頭可能有油污或間隙等,導致局部放電。

4 處理措施及效果

4月7日,該主變放油完畢后,檢修試驗人員從人孔進入檢查。檢查發現,極性選擇器的W相動、靜觸頭燒蝕嚴重,如圖4所示;另外有部分引線因預留長度不夠,致使引線拖拽分接選擇器,從而導致分接選擇器上下藤條變形及絕緣紙破損,如圖5所示。由于引線的拖拽致使分接選擇器在變換分接位置時多處動靜觸頭嚙合不到位,動、靜觸頭部位產生間隙,其中以W相最為嚴重,在4、5、7、8檔與12、13、15、16檔均不能正常嚙合。如果在高電壓的作用下容易引起拉弧燒蝕現象。

圖4 極性轉換器觸頭燒灼

經分析確認后現場進行更換,并對繃緊引線進行處理,將絕緣紙破損部位重新進行包扎,并對嚙合不正常的觸頭進行調整。檢修完畢后,進行直流電阻測試與有載分接開關試驗,試驗數據均合格,其中直流電阻最大不平衡率為0.244%,符合規程規定[11]的相間互差不大于2%。其他診斷性試驗及局部放電檢測也均合格。送電后,對該主變進行油色譜及帶電檢測等跟蹤試驗,數據均無異常。

5 結論

本文通過油色譜分析、帶電檢測及診斷試驗等多種手段結合,正確分析并成功處理了某變壓器有載分接開關的極性選擇器與分接選擇器觸頭接觸不良的問題,通過本次有載開關故障分析與處理,特提出以下經驗及防范措施,為同類型故障處理提供借鑒參考。

(1)當變壓器絕緣油色譜分析數據異常時,應縮短取樣周期,并利用帶電檢測等方法進行跟蹤試驗;

(2)在例行試驗中高度重視有載分接開關的過渡電阻及過渡波形試驗,若有異常應結合其它試驗數據具體分析;

(3)嚴格把控有載分接開關質量,在后續監造或大修等工作中重點關注分接開關與繞組間引線是否留有足夠的余量。