静止变频装置输入变压器总烃和乙炔含量超标故障分析处理

陈绪滨，陈光伟

（中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400）

静止变频装置输入变压器总烃和乙炔含量超标故障分析处理

陈绪滨，陈光伟

（中国南方电网调峰调频发电公司检修试验中心，广东 广州 511400）

通过对调峰调频发电公司下属某电厂的静止变频装置输入变压器总烃及乙炔超标分析，应用改良三比值法初步判断变压器内存在824℃的高温过热故障。结合变压器各项电气试验数据，通过专家分析，决定对变压器进行吊器身检查，在检查中发现变压器上围屏下沿和下围屏上沿均存在过热烧损现象，并对故障进行处理。对抽水蓄能行业同类型变压器故障分析具有借鉴意义。

静止变频装置；总烃及乙炔超标；气相色谱分析；三比值法；过热故障

0 引言

静止变频装置启动作为大型抽水蓄能电站机组的首选启动方式，对于抽水蓄能电站的正常运行具有非常重要的作用。静止变频启动是利用晶闸管变频器产生频率可变的交流电源对蓄能机组进行启动，能够使启动电流维持在机组要求的额定电流以下运行，对电网无任何冲击，具有软启动性能，同时也能满足抽水蓄能电站的机组在电网电力调峰过程中频繁起动的要求。SFC输入变压器作为SFC的输入单元，主要用于将较高等级的电网电压变成较低等级的电压供给变频单元，同时起隔离作用。

调峰调频发电公司下属某电厂的静止变频装置输入变压器（以下简称变压器），型式为户内、三相三绕组、铜绕组、强制风冷自然油循环，额定容量为23500kVA，由意大利Specialtrasfo公司生产制造。2012年7月17日，在对该变压器进行油中溶解气体气相色谱试验时，发现总烃和乙炔含量分别迅速增长至160.39μL/L和8.37μL/L，超过国标规定的注意值150μL/L和5μL/L，此后，总烃及乙炔都保持稳定。2013年3月7日，总烃和乙炔均降回注意值以下。由于该变压器的正常工作与否直接决定了静止变频装置能否安全稳定运行，因此，该故障引起了电厂的高度重视。

1 变压器总烃及乙炔超标的分析与处理

2012年6月初，发现变压器油中烃类气体的增长速度加快（图1），并于2012年7月17日的油中溶解气体气相色谱试验中发现总烃及乙炔含量均超过规程规定的注意值。为寻找故障原因，从以下几方面进行分析。

图1 变压器油中烃类气体有加快增长趋势

（1）由图1可以看出，在故障后，总烃及乙炔含量相对稳定，分别保持在155μL/L和5μL/L，2013年3月，总烃及乙炔含量均降回注意值，但总烃含量仍然偏高。

（2）对变压器油中溶解气体气相色谱试验数据进行分析，试验数据结果如表1所示。

分析表1中试验数据，2012年6月12日至2012年7月17日期间总烃相对产气率的计算如下：

表1 变压器油色谱中总烃及乙炔含量较高的色谱离线分析数据 μL/L

式中：Ci2为第二次取样测得油中某气体浓度，μL/L，Ci1为第一次取样测得油中某气体浓度，μL/L，Δt为二次取样时间间隔中的运行时间，月。

计算得出在此期间总烃相对产气速率为391.09%，已经超过了《变压器油中溶解气体分析和判断导则》[1]中的注意值10%。

根据表1试验数据可以看出，特征气体的主要组分为 CH4和 C2H4，次要组分为 C2H6、H2，因此，可初步判断变压器存在过热故障。

参照《变压器油中溶解气体分析判断导则》中的改良三比值法，改良三比值法是用5种气体的3对比值以不同的编码表示，编码规则见表2，计算2012年8月17日特征气体的三比值编码：

表2 改良三比值法编码规则

2012年8月17日和2012年10月16日的三比值编码均为（0,2,2），通过查询《变压器油中溶解气体分析判断导则》中改良三比值法的故障类型判断方法可以得知，2次三比值编码均为高温过热故障。根据日本月冈、大江等人于1978年研究并提出的热点温度估算公式可以算出，2012年8月17日变压器故障部位的温度大约为：

通过以上分析，可以得知：①总烃及乙炔含量超出注意值；②总烃相对产气速率超过注意值；③根据改良三比值法以及热点温度估算公式可以判断输入变压器存在高温过热故障，故障点温度大约为824℃。

（3）对变压器进行电气试验，发现各项电气试验数据均正常，因此，从电气试验数据并不能发现变压器故障点的具体位置。

通过上述分析，基本可以确定变压器存在高温过热故障，故障点温度约为824℃，具体情况需变压器停运吊器身检查才可以确定。

2 变压器停运吊器身检查及发现的问题

（1）变压器吊器身后，对变压器器身各个部位进行全面检查，高压绕组及接头外层绕包的皱纹纸没有明显过热及放电痕迹。

（2）在变压器箱底发现一些瓷质碎片，判断箱底下的瓷质碎片为低压套管内部受损掉落的。在拆卸低压套管后，发现各低压套管内部均存在轻微损伤，证实了初步判断。

图2 破损的星接低压绕组V相套管

（3）上夹件的上拉带有一个螺母缺失，该螺母主要用于锁紧上夹件下拉带，防止拉带松脱。怀疑是产品生产工艺存在问题。

（4）进行围屏绝缘电阻测试。变压器的联结组别为Dd0-Dyn1，低压侧有两个绕组，分为上低压绕组和下低压绕组，每个低压绕组与高压绕组间都为一个围屏，上、下围屏通过公共引出线引出接地，上、下围屏材料为铜，变压器围屏如图4所示。围屏主要用于防止高压绕组（或低压绕组）发生接地故障后，导致低压绕组（或高压绕组）也发生故障，起到隔离作用。首先测量上围屏对下围屏的绝缘电阻，试验电压为1000V，绝缘电阻为200GΩ，结果合格，将试验电压升至5000V，发生放电，正常情况下，上、下围屏在5000V电压下绝缘电阻应良好，因此判断上、下围屏之间可能存在故障。起吊三相高压绕组，发现三相上、下围屏之间均存在严重的过热烧损现象，如图5所示。

图3 缺少一个螺母的上夹件上拉带

图4 W相围屏烧损情况

图5 该变压器的围屏图

3 问题的分析及处理

（1）各低压套管破损程度较轻微，破损处对低压套管整体绝缘及密封均无较大影响，另外，电厂暂时缺乏该低压套管的良好备品，因此，经专家讨论决定继续使用轻微破损的低压套管。

（2）上夹件的上拉带有一个螺母缺失，但对变压器运行并无影响，而且检修现场并无该型号螺母，因此专家建议暂不处理。

（3）三相上、下围屏之间存在严重的过热烧损故障的原因分析为：上围屏仅靠用胶水沾在绝缘筒上，并用绝缘纸带缠绕固定，变压器运行时间久后，胶水和绝缘纸带老化，加上变压器本身机械振动，胶水和绝缘纸带无法固定上围屏，从而导致上围屏向下滑动，最终搭接在下围屏上。搭接的上、下围屏等效于匝数为1圈的绕组，如图6所示，根据电磁感应定律，在上、下围屏搭接处将感应出很大的电流，产生很大热量，使得围屏搭接处高温过热，围屏绝缘纸板烧损，从而导致变压器油总烃及乙炔含量超标。经过一定时间后，下围屏绝缘纸带由于额外承受部分上围屏重量而变形，无法承受而下滑，上、下围屏分离，回路断开，因而变压器油总烃及乙炔含量逐渐恢复正常。

图6 搭接后的围屏等效图

（4）三相上、下围屏之间存在严重的过热烧损故障的处理为：将铜制围屏更换为铝制围屏，铝材料轻于铜材料，胶水和绝缘纸带能够更好的固定围屏，另外增设上围屏垫块3块，限制上围屏下滑，保证上、下围屏无法搭接在一起。装好围屏后，测量三相上围屏对下围屏的绝缘电阻，结果合格。

（5）将SFC输入变压器检修过程中所发现的缺陷处理后回装，并进行出厂试验，各项试验结果均合格。

4 结语

通过变压器油中溶解气体气相油色谱分析，提前发现了变压器内部存在的故障，通过处理避免了一次重大设备损坏事故，此故障如不处理，上围屏可能会继续下滑，再次与下围屏搭接，产生高温过热故障，进而烧穿绝缘筒，损坏高低压绕组的绝缘，发展成为绕组匝间短路，造成变压器严重损坏和机组启动失败，同时也发现该型号变压器存在的设计问题，为抽水蓄能行业同类型变压器的检修和技改提供借鉴经验。

[1]GB/T 7252-2001变压器油中溶解气体分析判断导则[s].

TM41

B

1672-5387（2015）S-0042-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2015.S.013

2015-10-22

陈绪滨（1990-），男，助理工程师，从事水电厂电气检修试验工作。