变压器过热故障诊断与维护

2009-06-15 02:40李红岩刘宗岐
管理观察 2009年11期
关键词:设备维护故障诊断变压器

李红岩 刘宗岐

摘 要:某站一台110kV运行变压器在一次加做的油色谱预试中总烃含量出现异常,结论为裸金属高温过热。经过油样复试、带电检测、停电试验,最终将异常产生的根源锁定在变压器磁回路或电回路自身存在的缺陷上,后通过短时间停电、撤油、打手孔检查,并经过对现场发现脱落物异常情况的分析,最终通过使用和采取特殊的设备和手段,将一起突发异常故障得以消除。

关键词:变压器 故障诊断 设备维护 铁芯过热

前 言

输变电装备(输电线路和变电设备)既是构建电网的主体,又是引发电网事故的主要源头。不仅输变电装备故障引起的电网重大事故有逐年增大的趋势,而且直接威胁城市及全社会的公共安全,在2005年全国345个城市共发生故障停电47034次和2006年全国347个城市共发生故障停电63276次中,输电线路、电缆线路、变压器、断路器等主要输变电装备的故障次数都占总故障的80%以上[1]。本文将以变压器为例,参考国内有关经验[2],主要探讨变压器中过热故障的诊断与维护工作,并期待着有关工作能够与未来的变压器测试诊断工作平台结合起来[3、4],形成有效的变压器过热故障诊断与维持体系。

变压器运行中经常会出现内部过热故障,过热程度有低温过热,中温过热和高温过热,过热故障的表现有时是缓慢增长,当增长到一定程度就会稳定在某一个数值上;有时是突然出现且初始值较高,增长又较快。内部过热故障的出现,虽然不会马上影响到变压器的安全运行,但发展下去,特别是对于过热初始状态较高,增长又较快的故障,如果不加以控制和解决,就有可能会出现大的问题,严重时会威胁到变压器的安全运行。

变压器内部过热故障类型一般主要有电路过热和磁路过热两大部分构成。磁路部分的过热故障大部分又来自于铁心及夹件多点接地,如:铁心对地、夹件对地以及铁心对夹件之间多点接地等,当出现多点接地后就会在短路环中产生环流,造成过热故障。该类缺陷的出现,在变压器不停电的情况下,通常可以用钳形电流表通过测量铁心、夹件外接地引下线接地电流的方法,来确定变压器铁心及夹件是否有多点接地的产生和严重程度,当接地电流超过100mA时,便可认为存在多点接地故障且较为严重,一般可采取临时串接接地电阻减小环流的手段来降低过热故障的发展,然后在考虑安排适当的时候进行停电检修。本文所谈到的过热故障,是一个具有较为特殊的案例,它不同于上述所列举常见的多点接地故障,即未使铁心、夹件绝缘降低,也没有接地电流产生,是一个发生在磁路本身上非常少见的过热故障。

1.变压器内部过热故障的发现

该变压器运行变电站地处城市中心,是一座室内变电站,变压器安装形式为户内,主要供电用户为居民住宅、商业和部分重要客户。为进一步做好2008年北京奥运会安全供电保障工作,在正常预试的基础上,今年对奥运重点站的变压器又增加了油色谱预试。2008年6月20日在对某重点站4#主变压器油样采集油色谱预试时,发现该变压器油中总烃含量756.6μl/l,调取今年3月28日预试时油色谱分析报告进行比较,发现油色谱总烃含量增长较高、较突然,通过三比值法对总烃含量的组分分析,故障结论为:变压器内部存在裸金属高温过热缺陷。有关缺陷前后的两次油色谱预试情况详见表1、表2。

为进一步检查铁心及夹件是否存在因多点接地产生接地电流而造成的过热缺陷,检修人员采用钳型电流表,对运行的变压器分别对铁心及夹件接地电流进行了带电测量,测量结果:无接地电流,因此确定不存在铁心、夹件之间或对地有多点接地故障。

该设备是一台双线卷有载调压自冷降压变压器,制造商为国内某变压器厂,变压器型号:SZ9-50000/110,2004年生产制造,2007年投运运行。故障发现前的3月28日变压器油色谱预试中未见有异常。

2.变压器内部过热故障现场电气试验及初步分析

2008年6月21日结合4#主变计划停电机会,对该变压器进行了现场外体检查和电气试验。外体检查主要对象是检查本体气体继电器集气室是否有气体析出,电气试验检查主要对象是磁路和电路两大部分,项目主要是摇测铁心及夹件绝缘电阻及测量线圈直流电阻。检查及试验结果:气体继电器未见有气体析出。磁路部分绝缘电阻:铁心对地、铁心对夹件及夹件对地测量值在7000—10000 MΩ,结论:绝缘良好,铁心及夹件未存在多点接地故障。电路部分直流电阻:与出厂试验值和交接试验值都相符,结论:高、低压直流电阻未见异常。

根据现场的检查和电气试验,造成过热故障的产生分析有两种可能性,一种是铁心自身出现的短路,一种是本相低压引线出现的自身短路。

3.变压器内部过热故障产生原因的查找

该站为室内变电站,变压器户内安装,若考虑在室内对变压器钻桶进行内部查缺、处理,存在很大难度,首先检查人员无法靠近器身的大部分区域;若采取变压器吊罩查缺、处理,虽然较为容易,但必须要将变压器移到室外,因此停电时间将会增加很多,处缺费用也会增加很大,由于故障发生时间恰逢度夏用电负荷高峰期间,长时间的停电检修势必会给社会带来很大影响,为了把停电时间降到最低,现场首先制定了第一套查缺方案,撤少量油,将铁心上部轭铁露出,再打开油箱上部盖板,检查人员采用目检和利用内窥镜检查方法,对变压器器身内部各个部位进行探测检查。

检修人员首先关闭所有与变压器本体油箱连接的蝶阀,撤出3吨本体油,使器身上部铁心露出油面,再打开油箱顶部低压套管接线手孔盖板,检查低压三相引线是否存在上面所提到的第二种由于自身引线短路造成的过热缺陷,检查后未见有异常。检修人员又对铁心上轭铁可视部位进行检查,也未发现异常,随后在对上轭铁夹件进行检查时,检修人员发现在B相线圈上部,低压引出线的上方,轭铁夹件上部拉板一条固定螺栓的均压帽遗失。

根据脱落的位置,检修人员对脱落均压帽的下方各个部位及夹件底部手能触摸到的部位进行了检查,均未发现脱落遗物。由于现场无法调取变压器安装检查记录(处理后对该台变压器安装记录进行了调取,未发现有该部件脱落的描述),因此,当时无法确定均压帽是出厂前脱落的,还是运行后脱落的(注:该处由于产品在出厂前被紧固后扣封,因此一般现场不会再打开检查)。后检修人员调用美国GE公司生产的XLG3-SYS型工业内窥镜协助进一步检查,首先检修人员有目标的把探头直接伸到脱落点垂直向下的两个压钉之间靠近夹件侧,再将探头放到夹件下方并向内延深约120mm的位置,然后调整探头角度进行180度大搜索,检修人员通过显示器对传回的图象进行观察,搜索中细心的检查人员从屏幕中突然发现在铁心上轭铁的下拉带附近,铁心阶梯级间有个形状类似脱落物的部件(详见图1),

由于该位置地处非常隐蔽,是铁心的一个凹陷部位,目测即看不到,人手也够不着,当时借助工器具虽然能够触摸到脱落物,但却无法取出,最后经过检修人员反复研究,制定出一套有效方案,最终通过采用一种特殊手段,将脱落遗物成功取出。从取出的均压帽表面可以看出有过热发蓝的痕迹(详见图2)。

4. 造成变压器内部过热故障的原因分析

由于先期的油色谱分析结论为裸金属高温过热,未涉及绝缘这一认定,再根据均压帽所脱落的位置和均压帽表面存在的过热迹象,两者联系到一起分析,较为吻合,因此结论为:由于脱落的铁制品均压帽将铁心多级铁之间造成多点短路,使得铁心自身在短接点之间形成环流,导致发热,该问题是导致此次油色谱总烃含量出现异常的直接原因。再进一步通过对均压帽脱落焊接痕迹的研究分析(详见图3),又可确定导致均压帽脱落的直接原因是由于工厂制造焊接质量不良造成。当焊接不良的均压帽经过变压器长时间的运行,在铁心不断的低频颤动下和油进行冷热交换的缓慢流动中,最终使该物件脱落。

变压器消缺后在投运前进行了短时间的滤油脱气处理,投运时油中总烃含量80μl/l,运行24小时和运行48小时后,两次取油样分别进行油色谱分析,详见表3、表4,总烃含量未再出现增长,此时可以确定内部过热故障消除。

5. 结束语

此次从故障的发现、查找到消除,整个过程所用的时间不到36个小时,其中从停电检修到消缺发电仅仅用了12个小时。若按原计划将变压器移到室外进行吊罩检修的方案进行,至少要增加3天的时间,这样不但会使变压器停电时间增加很多,而且还会增加很大检修费用。因此通过对该缺陷的发现、查找和处理,可以得出一个结论:该缺陷虽然不是一个很常见的故障,但从缺陷的类型和所采取处理的手段上,应该说是一个非常特殊且消除故障又是非常成功的案例,值得借鉴。◆

参考文献:

1. 孙才新. 输变电设备状态在线监测与诊断技术现状和前景[J]. 中国电力,38(2), 2005.2:1-7

2. 王昌长,李福琪,高胜友. 电气设备在线监测与故障诊断. 清华大学出版社[M],北京. 2006.3

3. 陈江波,付锡年,聂德鑫,伍志荣.UHV变压器故障监测与诊断的信息决策平台. 高电压技术,2006,32(12):108-111.

4. 彭宁云; 文习山等. 基于线性分类器的充油变压器潜伏性故障诊断方法. 中国电机工程学报. Vol.24.No.6.2004.

作者简介:

李红岩,北京市电力公司试验研究院,华北电力大学在职研究生;

刘宗岐,华北电力大学电气与电子工程学院教授。

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