一起有载分接开关故障引起乙炔超标的案例分析

张远博，应勇，周志强，刘旸，李学斌

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳110006)



一起有载分接开关故障引起乙炔超标的案例分析

张远博1，应勇1，周志强2，刘旸1，李学斌1

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳110006)

摘要：针对一起变压器油乙炔超标的案例，对变压器进行故障分析。先通过改良三比值法定性变压器有低能放电现象，再通过直流电阻测试等常规试验将排查范围缩小至分接抽头引线处，然后根据局部放电试验结果推断9号分接开关静触头与处于地电位的分接选择器接触不良，最后解体检查明确变压器故障部位为9号分接开关静触头。指出在故障诊断中，宜采用手动调节方式对所有分接位置进行直流电阻测试，以全面考察不同极性选择开关下各分接位置的连接状况。对有载分接开关的选型和设计提出纵向尺寸不宜过大、连接引线的长度应留有一定裕度的建议。

关键词：变压器；有载分接开关；油中溶解气体分析；局部放电测试；直流电阻

1主变压器油色谱出现异常的过程

2015年9月17日，某变电站结合停电安排了220kV2号主变压器消缺及本体喷漆等任务，9月22日通过离线油色谱分析发现乙炔超标。该主变压器型号为SFPSZ8-120000/220，1993年1月出厂，1993年8月投入运行，2001年4月进行过一次吊罩检查及标准大修。有载分接开关为德国MR公司1992年产品。

变压器停电前一直处于7分接运行，分接开关调档记录为2014年7月10日，2015年8—9月主变压器最大负荷为40MVA，上次例行试验日期为2014年4月，试验结果合格。上次离线油色谱试验时间为2015年8月18日，试验结论为未见异常。

2试验分析

2.1油色谱试验

该变压器近3次离线油色谱试验数据见表1。

表1　2号主变压器油色谱离线试验结果　　μL/L

由表1数据可以发现：C2H2、H2的体积分数明显增长，同时伴随CH4、C2H4的体积分数增长。根据特征气体法及三比值法初步定性变压器存在低能放电现象。通常造成低能放电的主要原因有引线对电位未固定的部件之间连续火花放电、分接抽头引线和油隙闪络、不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的火花放电[1]。

低能放电的放电能量低，往往与悬浮电位或接触不良联系在一起[2]。因此结合常规试验，将排查重点放在引线连接处、分接抽头引线处和铁心接地引线等位置。

2.2常规试验

经常规试验发现，除V相高压绕组第17分接档位的直流电阻(166.3Ω)超标外，其他分接档位的直流电阻、套管电容值和绝缘、整体绝缘、介质损耗等试验结果均满足有关规程的要求。因此排除V相高压绕组故障，将故障范围缩小在分接抽头引线处。

2.3局部放电试验

为确定故障位置，进行了局部放电试验。2015年9月25—26日，对2号主变压器进行了长时感应耐压试验带局部放电测试，接线如图1所示。9月25日，在V相第1分接档位与运行档位(第7分接档位)进行了局部放电测试，试验电压为1.3倍最高运行相电压，局部放电量符合规程要求，试验通过。9月26日，对V相第17分接档位进行局部放电测量，高压侧电压上升到25kV时，有载分接开关附近发出明显的放电声，放电量为700nC，试验终止。结合前期试验结果，判断有载分接开关发生裸金属放电[3]。

T1—试验变压器，T—被试变压器，Z—检测阻抗。图1　局部放电试验接线(以U相绕组为例)

该变压器使用的有载分接开关为组合式有载分接开关，当极性选择器选择正极性、分接开关处于第1分接档位时，1号分接开关静触头与分接选择器的接线方式如图2所示。

图2　分接开关1分接接线原理

当V相处于1分接及运行分接为7分接时，9号分接开关静触头并未与分接选择器接触。当分接开关处于第1分接档位时，1号分接开关经分接选择器接中性点，而该变压器的额定电压为230kV，故9号分接开关静触头电压比1号分接开关静触头电压高23kV。由于此时未出现局部放电，因此可以判定9号分接开关静触头的起始放电电压高于23kV。当分接开关处于第7分接档位时，7号分接开关经分接选择器接中性点，9号分接开关静触头电压仅比7号分接开关静触头电压高5.75kV，所以更不可能发生局部放电。

当极性选择器选择负极性、分接开关处于第17分接档位时，9号分接开关静触头通过分接选择器连接中性点，此时电压仅升至25kV就发生700nC的局部放电，结合9号分接开关静触头起始放电电压大于23kV以及分接选择器经中性点接地的接线方式，可以推断此时严重的局部放电是9号分接开关静触头与处于地电位的分接选择器接触不良所致。

3解体检查及原因分析

3.1解体检查

2015年9月28日相关技术人员对变压器进行内部检查，发现分接开关动、静触头均有烧伤痕迹，烧伤部位在9号分接开关位置(如图3所示)，说明第9、17分接档位接触不良。

图3　9号分接开关静触头烧伤情况

由图3可以看出，9号分接开关静触头存在放电痕迹，所以在故障发生后第17分接档位的直流电阻测试结果超标。

随后，将变压器返厂解体，9号分接开关静触头与调压线圈连接引线如图4所示。

图4　9号分接开关静触头与调压线圈连接引线

3.2故障分析

故障原因分析如下：

a)该有载分接开关的纵向尺寸较大，采用D级分接选择器，绝缘水平高，裕度大[4]。随着运行年限的增加，分接开关静触头连接的绝缘支架和动触头连接的传动轴承将不可避免地发生形变[5]，其中传动轴承中、末端的动触头处于远端受力点，所受的影响最大，最容易发生接触不到位。

b)由图4可以发现，9号分接开关静触头与调压线圈的连接引线没有留出裕度，运行时因长期应力或突发应力的作用造成引线受力，从而导致此处的绝缘支架向外侧拉伸变形[6]。

综合以上两点，该变压器V相9号有载分接开关的动、静触头在转换过程出现合闸不到位，导致接触不良进而发生电弧放电，致使变压器油色谱监测结果超标[7]。

此外，变压器处于9分接时，选择开关有9a、9b、9c三档。在9a档时，选择开关的位置为X9-Y9-Z9；在9b档时，选择开关的位置为Xk-Yk-Zk；在9c档时，选择开关的位置为X1-Y1-Z1。因此，9号分接开关静触头被严重烧伤只会对9a档有影响，在测量直流电阻时，9b档的直流电阻正常，而有载分接开关的电动调档往往只在9b档停留，无法对9a、9c档进行测量。因此在今后的故障诊断过程中，宜改为手动调档，对9号分接开关的3个分接位置均进行直流电阻测试，以便进行综合分析和判断。

4结论

a)变压器油中溶解气体分析具有及时性和准确性，除了有效获取变压器的运行状态外，还可以配合其他检测手段，快速排查故障原因，提高运维效率。总体思路为判断故障属于过热性故障还是放电性故障→通过特征气体法或三比值法判断温度范围及放电类型→初步判断出现此类故障的部位→通过常规试验进行排查和验证→必要时通过诊断性试验进行故障查找→定位故障并进行检查。

b)有载分接开关宜选用适宜本变压器绝缘等级的分接选择器，不易追求过高的绝缘裕度；若必须选用纵向尺寸较大的分接开关，应与厂家及时沟通，以便在设计时给予充分的考虑，防止此类故障的产生。此外，在变压器驻场监造过程中应注意有载分接开关与调压线圈连接引线的工艺处理和引线长度，宜将此处引线留有少量裕度，以防止引线受力导致有载分接开关动、静触头接触不良。

c)为全面考察不同极性选择开关下各分接位置的连接状况，宜通过手动方式进行有载分接开关的档位调节，对所有分接位置进行直流电阻测试，以全面、综合地进行故障诊断分析。

参考文献：

[1] 李俭.大型电力变压器以油中溶解气体为特征量的内部故障诊断模型研究[D].重庆：重庆大学,2001.

[2] 罗建波.基于DGA的电力变压器故障诊断技术研究[D].杭州：浙江大学,2005.

[3] 殷震.基于BP神经网络的电力变压器内部故障诊断方法研究[D].天津：天津大学,2007.

[4] 张德明.分接开关绝缘故障及其诊断[J].变压器,2008,45(12)：40-47.

ZHANGDeming.InsulationFaultofTap-ChangerandItsDiagnosis[J].Transformer,2008,45(12):40-47.

[5] 姜益民.上海电网有载分接开关运行分析[J].上海电力,2006(4)：386-394.

[6] 叶卫忠.电力变压器的故障诊断与分析[D].杭州：浙江大学,2009.

[7] 刘辉.变压器油中溶解气体的分析与故障诊断研究[D].武汉：武汉大学,2004.

Analysis on Over-standard of Ethyne Caused by Fault of On-load Tap Changer

ZHANG Yuanbo1, YING Yong1, ZHOU Zhiqiang2, LIU Yang1, LI Xuebin1

(1.ElectricPowerResearchInstituteofStateGridLiaoningElectricPowerCompany,Shenyang,Liaoning110006,China; 2.StateGridLiaoningElectricPowerCompany,Shenyang,Liaoning110006,China)

Abstract：Takingonecaseofover-standardofethyneintransformeroilasanexample,thispaperanalyzesthefaultoftransformer.Itfirstlycharacterizesthetransformeraslowenergydischargebyusingimprovedthreeratiomethodandbyusingroutinetestssuchasdirectcurrent(DC)resistancetesttonarrowfaultinvestigationscopetotheleadofshuntingtap.Accordingtopartialdischarge(PD)testresult,itdeducesbadcontactofstaticcontactofNo.9tapchangerwithtapselectoringroundpotential,andfinallydeterminesfaultpositionofthetransformerisatthestaticcontactofNo.9tapchangerbystripinspection.ThispaperpointsoutitisoughttoadoptmanualadjustmentwaytoconductDCresistancetestsonalltappositionsinordertoinvestigateconnectionstatusofeachtappositionunderdifferentpolarselectiveswitches.Italsosuggestsfortypeselectionanddesignontheon-loadtapchangerthatlongitudinaldimensionoftheon-loadtapchangershouldnotbetoolargeandthereshouldbeacertainmarginsforconnectingleads.

Keywords：transformer;on-loadtapchanger;analysisondissolvedgasinoil;partialdischargetest;directcurrentresistance

收稿日期：2015-11-24修回日期：2016-02-26

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.06.022

中图分类号：TM411

文献标志码：B

文章编号：1007-290X(2016)06-0121-03

作者简介：

张远博(1987)，男，黑龙江伊春人。工程师，工学硕士，主要从事高电压绝缘技术与变压器试验技术的研究工作。

应勇(1969)，男，辽宁沈阳人。工程师，工学学士，主要从事高电压绝缘技术与变压器试验技术的研究工作。

周志强(1965)，男，辽宁沈阳人。工程师，工学学士，主要从事变压器的运维管理及试验研究工作。

(编辑李丽娟)