核电500kV变压器乙炔突增问题的分析及处理

苑东升+王巍+曹阳

摘 要：通过对变压器油中特征气体监测，发现1号主变B相油中乙炔（C2H2）含量超过规程要求注意值，且为突增情况。本文对1号主变B相油中C2H2含量突增问题进行了分析，同时就原因查找、问题评估及处理进行阐述。

关键词：变压器，特征气体，异物，铁芯片间短路

1 引言

油浸式变压器无论是热故障还是电故障，都会促成油及固体绝缘材料的老化和裂解，并在变压器油中产生各种少量低分子烃类、氢气、CO、CO2等气体。分析溶解于油中的气体，就能提早地发现产品内部存在的潜伏性故障，并可随时监视故障的发展情况。依据气相色谱分析得到特征气体的种类和数量对产品问题类型的判定、故障的迅速解决提供有力的支持。

本文针对核电厂1号主变B相油中C2H2含量突增的問题，介绍了问题的分析、查找过程，制定了处理效果评估、跟踪评价方案等预防措施。

2 故障现象及检查情况

2.1产品基本参数

某核电厂1号机主变产品结构：铁心采用单相四柱结构，两主柱、两旁轭；A、X柱容量相等；A、X两柱的高压线圈、低压线圈均为并联结构；器身夹件上下放置磁屏蔽，油箱内壁放置屏蔽，控制漏磁避免过热；油箱采用钟罩、箱沿焊接结构。

产品型号：DFP-400000/500TH

额定容量比：400/400MVA

额定电压比：525/√3 /24kV

联接组标号：Ii0

短路阻抗：HV-LV18%

冷却方式：ODAF

2.2问题出现

1）产品2012年12月开始带电，2013年12月31日并网，2014年3月25日投入商业运行；

2）2015年2月23日例行检验油样时发现油中特征气体出现异常情况。主变B相油中C2H2含量为1.23ppm，超过《DL/T596—1996电力设备预防性试验规程》中要求“运行中的500kV变压器乙炔含量1ppm的注意值”，且H2、C2H6、C2H4等伴随特征气体均有所增长；

3）鉴于产品出现异常，核电厂立即决定1号主变紧急停运。一方面开展测试检查工作；一方面联系制造厂及咨询专家开展问题原因分析。2015年2月24日再次对1号主变相取油样进行色谱分析，确认油中C2H2的存在且在增长，而在一周前2015年2月15日，及2015年1月15日的月度油样中均未检出C2H2；同时1号主变A、C相变油样均未检出C2H2。主变B相油温、绕组温度均未出现异常，未发生轻瓦斯报警。

1号主变停电后，首先对主变B相（故障相）进行高、低压绕组的直流电阻，铁芯、夹件绝缘电阻测量，试验结果合格。从直阻、绝缘测量的试验结果分析，可排除铁芯多点接地或高低压绕组端接不良导致变压器内部放电或高温过热而引发主变油中C2H2突增。

运用DL/T722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中的三比值法计算，1号主变B相油中C2H2/C2H4，CH4/H2，C2H4/C2H6比值对应的特征编码组合为0，0，2；故障类型为：“高温过热”，典型故障为“分接开关接触不良，引线夹件螺丝松动或接头焊接不良，涡流引起的铜过热，铁芯漏磁局部短路，层间绝缘不良，铁芯多点接地”；结合产品结构、操作情况和绝缘试验结果初步判断引起故障的可能原因为以下三点：

i.铁芯可能存在级间、或较大的片间短路；

ii.内部引线、线圈抽头等部位可能有松动点，导致过热现象；

iii.磁屏蔽、铜屏蔽等部位可能有接触不良；

2.3内部检查

为进一步确认故障根本原因，对1号机主变B相（以下简称：事故相）进行了全面的内检。对高压套管及其引线、低压套管及其引线、中性点套管及其引线、无载开关及其引线、铁芯压钉、铁芯拉带、铁芯磁屏蔽等部位也进行了全方位检查，均未发现异常。但在铁轭下端检查发现面向低压侧-A柱-上压板-中心线右压钉里侧有一铁垫块（尺寸约90*90*18mm），与铁垫块对应的铁轭第3级下端面、第2级侧面的硅钢片片间局部有烧灼痕迹。与此铁垫块接触的铁轭有两点炭黑痕迹疑似放电点，如图1所示：

由于空间狭小，用内窥镜和反光镜对放电或过热点进行了拍照观察，如图2、图3所示。发现第2级铁芯有1过热点（涉及3-4片铁芯硅钢片）。（说明：铁芯硅钢片的单片厚度为0.3mm，过热点的直径约1mm）。

3 事故的确认

3.1铁垫块的来源

结合变压器本体结构部件进行分析，确定该铁垫块不是变压器本体的部件，排除部件脱落的可能；经过辨别判断并调查明确铁垫块为生产制造过程使用的工装零件，是变压器在厂内生产过程中用液压缸对器身加压，加垫在液压缸下的垫板，根据其所在位置和液压缸使用情况，推断为在加压工作完成后遗忘在器身上。其遗留位置极为隐蔽，正常内检不易发现。

3.2铁垫块导致出现事故的原因分析

通过对事故相及其他同批产品以往运行及检测情况分析，产品结构不存在缺陷。从厂内试验油中色谱没有异常情况来看，铁垫块最初的状态没有靠到铁轭上；由于线圈压板的上部电场较低，铁垫块存在没有在绝缘试验以及监视局放等情况下被反映出来；当铁垫块接触到铁轭上时，导致铁轭端面的硅钢片与铁垫块“打火”放电，出现事故，并致使变压器油分解，导致特征气体含量异常。

3.3铁垫块与铁芯之间接触情况电场分析

应用仿真软件建模分析，图4线圈与铁轭上端部之间等电位分布图和电场强度分布云图。

从电场模拟分布图分析，在铁垫块与铁芯之间不可靠接触情况下，铁垫块上感应电位取决于其本身处于电场中的位置。假设铁垫块与铁心之间有1mm油隙，在主变低压线圈外施85kV电压下，铁垫块的感应电位为2.42kV，金属块与铁芯之间电场强度为4.2kV/mm，铁垫块与铁芯之间有足够的油隙距离情况下放电也不会发生。但若考虑震动因素使油隙变化形成虚连，造成铁垫块与铁芯片之间的放电是可能的。

根据上述电场计算结果，若在厂内试验及运行前期时铁垫块与铁芯之间的接触情况与后来运行时不同，即铁垫块在当时与铁芯未形成虚连，在厂内出厂试验和到电厂后的交接试验合格及不发生放电是完全可能的，同样在之前近2年的运行中油样未检测出C2H2也是如此。

综上分析，可明确判断主变B相油中产生C2H2气体的原因是由于主变运行时铁垫块与铁轭之间接触造成放电，致使油裂解所致。

4 处理方案

在事故根本原因已经分析清楚，事故影响范围、损伤情况已经明确的情况下制定了处理方案：

1）取出主变B相内部的金属块异物，对主变B相铁轭的放电点用百洁布沾无水酒精进行适度擦磨处理，消除或减小铁芯片间短路；

2）对主变B相进行72小时热油循环，除去变压器油中的C2H2；

3）主变B相油处理合格后，进行产品耐压并监视局部放试验；

4）利用主变空载试验，进一步确认修复效果；

5）开展主变A相、C相内检，排除存在异物的可能；

6）上述工作开展后如无异常，判定产品修复完成，可以继续投运。

5 事故经验反馈及预防措施

2015年3月18日1号主变三台产品再次投运，至今状况良好。通过此次事故发生原因、处理过程，提出相应的预防措施：

1）制造厂在生产过程异物的管控加强改进，制造厂在生产区间划定管控范围，设定监管区；要求对工装工具、消辅材料的使用进行事先登记，事后核查、清理；

2）现场安装内检及检修期的维护工作，要求事先制定预案，确定检查方法、应用工具；对检查不到的位置进行预案分析，确定试验内容、排除影响；

3）加强检修期前、检修期间、检修完成各阶段预防性试验的内容和频次，并开展数据的比对工作，找出数据差距原因；

4）问题排查过程对同批次、同型号的产品运行、测试数据归类比较，统一规划整改、预防措施。

参考文献：

[1]DL/T596—1996电力设备预防性试验规程

[2]GB/T7252—2001变压器油中溶解气体分析和判断导则

[3]GB/T16274-96500kV油浸式电力变压器技术参数和要求endprint