220kV主变内部故障异常分析

昝 斌 孙 剑（国网襄阳供电公司）

220kV主变内部故障异常分析

昝 斌 孙 剑
（国网襄阳供电公司）

摘 要：本文通过运用油中溶解分析方法判断变压器内部潜伏性故障，结合电气试验方法进行综合诊断，采取跟踪监测，发现当有载分接开关极性开关变换位置前后，主变色谱数据和直流电阻呈规律性变化，提出具体解决方案。

关键词：变压器；内部故障；极性开关

0　引言

有载分接开关是变压器的重要组成部分，是一种能为变压器在负载变化时提供满足用户电压质量的装置；基本原理就是保证在不中断负载的情况下，通过开关调档，改变绕组匝数，调整输出的电压与电流值，其动作的准确性和有效性直接关系到设备运行的可靠性。本文介绍的是一种极其少见的因为选择器极性开关接触不良，造成局部中温过热，导致总烃异常上升的情况。

1　概述

220kV乔1#主变于2006年5月出厂，2007年投运，型号为SFSZ10−180000/220，由常州变压器厂生产。该主变有载分接开关为组合式，型号为UCGRN−750/600/I，瑞典ABB公司生产。

2010年6月份以前，乔1#主变油色谱数据正常。2010年11月乔1#主变因110kV线路近区短路导致油中总烃异常增长，总烃达到160.6μL/L。试验结果已经超出《输变电设备状态检修试验规程》Q/GDW 1168—2013中“油中溶解气体总烃≤150μL/L（注意值）”。分析后初步判断，总烃异常增长是由于变压器内部某处因接触不良，在近区短路时，大电流造成的中温过热引起，虽然超出了国家标准值，但暂时不影响该主变运行，需要持续加强对该主变的油色谱监测。为此公司调整了乔1#主变色谱监测同期，密切监测总烃变化情况，见表1。

表1　总烃变化情况表

2013年12月17日的例行监测中，发现总烃达到254.8μL/L，较2013年9月增长27.4%，增长率为9.1%/月。随即将该主变油样送往省电科院检测，总烃结果为290.4μL/L，较2012年12月省电科院检测总烃206.3μL/L，增长40.77%。随后缩短色谱监测周期，分别在2013年12月30日、2014年1月6日将油样分别送往检省电科院检测，总烃分别为290.4μL/L、327.8μL/L，相对产气速率为55.2%/月，远远超出《输变电设备状态检修试验规程》Q/GDW 1168—2013中“相对产气速率≤10%/月（注意值）”。

乔1#主变总烃增长速度过快，如不及时处理可能会造成变压器损坏。按《输变电设备状态检修试验规程》Q/GDW 1168—2013规定，拟定主变返厂大修，后经过一系列化学试验、电气试验以及动态调整主变运行档位追踪色谱分析判断，将故障部位锁定在有载分接开关的极性开关处，确定了现场停电检修方案。

2　分析判断过程

为了能够查找出乔1#主变总烃异常上升的原因，采取化学试验与电气试验相结合的方法，从定性、定量的方面进行分析，判断故障部位。

2.1 化学试验分析

1）应用三比值分析方法，分析2013年12月17日和2014年1月6日化学试验数据，见表2。

表2　化学试验数据

2013年12月17日

C2H2÷C2H4＝0÷42.6=0 三比值编码为 0

CH4÷H2=105.5÷54.2=1.94 三比值编码为 2

C2H4÷C2H6=106.7÷42.6=2.5 三比值编码为 1

2014年1月6日

C2H2÷C2H4＝0÷48.4=0 三比值编码为 0

CH4÷H2=144.8÷140=1.03 三比值编码为 2

C2H4÷C2H6=134.5÷48.4=2.77 三比值编码为 1

通过三比值分析两次数据，得出的编码一致（0，2，1），根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》GB/T 7252—2001中故障类型判断结论为，主变内部存在300～700℃的中温过热，CH4/H2小于3，属于分接开关接触不良或引线夹件螺丝松动或接头焊接不良，局部过热故障。

2）相对产气速率分析

从2013年12月30日至2014年1月6日

7天烃类气体增长=327.8−290.4=37.4（ppm）

7天增长速率=37.4/290.4×100=12.87%

按照此数据进行计算，月度增长速率达到55%，严重超过《输变电设备状态检修试验规程》中“相对产气速率≤10%/月（注意值）”。根据《油浸式变压器（电抗器）状态评价导则》Q/GDW 169—2008，当“油中溶解气体中总烃含量大于150μL/L，且有增长趋势，但产气速率大于10%/月”，该主变评价为“严重状态”。按照《油浸式变压器（电抗器）状态检修导则》Q/GDW 170—2008，当变压器被评价为“严重状态”时，应尽快安排检修。

2.2 电气试验分析

2014年1月19日对乔1#主变停电进行诊断性试验，主变绕组直流电阻、绝缘电阻、介损、分接位置电压比及铁心夹件绝缘电阻试验，结果均在规程合格范围内。

通过比对2010年乔1#主变例行电气试验报告仔细观察数据，发现直流电阻在以下两个方面存在差异。数据如表3所示。

表3　直流电阻记录对比

（续）

根据2010年与2014年三相误差对比，折线图如图1所示。

图1　2010年与2014年三相误差对比

（1）2010年直流电阻与2014年直流电阻误差存在差异

在高压绕组分头1～9档时，AO、BO、CO误差在1%～2%范围；但当高压绕组分头在10～12档时，AO、BO、CO误差在1.8%～2.8%范围，误差平均值为2.29%，均大于1～9档的误差平均值1.8743%，并且AO、BO、CO在10档以后，误差有上升趋势。

（2）直流电阻变化规律存在差异

对于UCGRN 650/600/I型号的分接开关，为瑞典ABB公司生产的箱内组合式正反调压分接开关，从K“+”到K“−”共有19个档位，9a/b/c档是中间档，实际运行只有17个运行档位，如图2所示。

图2　10191W选择电路

运行时，1～9档极性开关在“+”位置，10～17档极性开关在“−”位置；从n～1档运行时，17～9档极性开关在“−”位置，8～1档极性开关在“+”位置。但无论极性开关是从1～n档运行，还是从n～1档运行，直流电阻的变化是有规律的，9a/b/c档属于有载分接开关运行的中间档位，8档与10档直流电阻对称，7档与11档直流电阻对称，依次类推直至1档与17档直流电阻对称。

通过对2010年及2014年大修前两组直流电阻数据，对比分析发现2010年高压绕组对称档正极性直流电阻略大于负极性直流电阻；2014年大修前高压绕组对称档正极性直流电阻略小于负极性直流电阻。说明2014年和2010年相比有载分接开关极性开关动作前后直流电阻的规律发生变化，初步判断极性开关接触存在问题。

为了能够更准确地确定故障部位，查找出引起总烃持续上升原因，还需要通过色谱追踪进一步佐证。

2.3 调档试验追踪分析

2014年1月20日，乔1#主变恢复运行，通过有规律的调整有载分接开关极性开关运行位置，进行色谱检测，通过数据验证极性开关是否存在缺陷，见表4。

表 4

1月20日乔1#主变有载分接开关运行档位在8档，1月21、22、23日主变运行档位在9档，极性开关在“+”位置，总烃保持不变；1月23日有载分接开关从9档调至11档，至2月14日，极性开关在“−”位置，总烃持续上升，平均每周上升20μL/L；2月14日有载分接开关从12档调至8档，极性开关在“+”位置，运行至2月30日，总烃保持不变；2 月30日有载分接开关调至11档，极性开关在“−”位置，运行至3月7日，总烃出现上升，见图3。

图3

通过上述一系列数据可以看出，当极性开关运行在“+”位置时，总烃保持不变或呈下降趋势；当极性开关运行在“−”位置时，总烃持续增长并且有规律上升。

根据初步判定结果与后期追踪结果，初步确定故障部位在有载分接开关的极性开关处。

3　现场检修处理

3.1 大修检查

2014年3月21日，将乔1#主变停电进行现场检查，技术人员进入到乔1#主变内部，发现有载分接开关的极性开关静触头上下均有发黑迹象，且触头有轻微松动。至此，故障部位已经找到，造成总烃异常增长、直流电阻不平衡的原因是极性开关静触头接触不良，引起局部发热造成的。

利用此次大修机会，为防止类似故障再次发生，对乔1#主变分接开关选择器的所有的触头全部检查，螺丝全部进行紧固。

3.2 检修后及跟踪试验情况

设备大修结束后投入运行前，按照交接试验规程，进行了全面的电气试验和化学试验，试验结论合格。其中直流电阻对比如表5所示。

表5　直流电阻对比

大修后的乔1#主变三相直流电阻大小和变化规律与2010年的几乎一致，误差均低于0.5%。

为了加强对该主变大修后监测，公司采取每10天进行一次色谱试验，同时定期调整主变运行档位和有载分接开关极性位置，试验记录如表6所示。

从3月29日至8月8日色谱数据结果可以看出，经过133天的运行，总烃及其他数据出现微弱变化，原因是主变内部绝缘材料吸附回溶所致，结论是该主变运行正常。

表 6

4　经济效益分析

220kV主变是变电站中最重的核心设备，它的稳定运行关乎着整个变电站的供电能力，此次通过技术人员精确分析、准确定位，主变未进行返厂检修，共节约运输、检修费用合计约150万元，减少了设备停电时间100天，按照主变平均负荷10万kW考虑，累计多输送电量达到24000万kWh。

5　结束语

变压器内部发生故障时，应结合油色谱分析数据与直流电阻数据共同分析，当有载分接开关规律性调节时，绕组直流电阻也呈规律性变化。必要时对有载分接开关多调节几个循环，以观察油色谱与直流电阻的变化情况。

参考文献

[1] 董其国. 电力变压器故障与诊断[M]. 北京: 中国电力出版社, 2000.

[2] 陈化钢. 电气设备预防性试验方法[M]. 北京: 水利水电出版社, 1996.

收稿日期：（2015-04-03）