大型水电站500kV主变压器故障诊断分析及处理策略探讨

付丛 于水 赖自强

摘要：伴随社会经济的快速发展，国家用电量的日渐增大，水电站作为发电的重要组成部分，越发受到国家重视，但其在日常运行中，经常会发生一些故障。本文以某大型水电站500kV主变压器为研究对象，分析其出现总烃含量升高故障的原因，探讨具体的处理对策，望能为此领域研究有所借鉴与帮助。

关键词：大型水电站;500kV主变压器;故障;处理

某大型水电站有着比较大的装机容量，所采取的是传统的一机一变接线的运作方式，主变额定频率50Hz，无励磁调压（-2×2.5%），联结组别是YNd11，另外，在高压绕组当中的中性点，主要借助小电抗器来实现接地，ODWF为其冷却方式，并且采用的是三相五柱式的内部铁心，总重为375吨。针对主变压器的高压引线而言，经GIS开关站与油-气套管来实现连接。在2015年时，此电站全部主变压器均安装了比较先进的油中溶解气体在线监测系统，且在其与公司诊断中心数据库相连接，以此对设备进行在线监测与远程读取。本文结合当前实况，就此主变压器故障诊断及处理对策作一探讨。

1.故障及原因分析

1.1故障分析

早在2010年时，某台主变压器已投运，而在2018年5月时，远程数据中心对此变压器进行诊断分析得知，其烃类气体存在异常增长的情况，2018年7月，总烃绝对产气速率得到了每天140mL，而相对产气速率达到了102%。经在线监测系统的准确采集发现，烃类气呈现出持续增长态势。另外，在整个绝缘油当中，其特征气体组分多为CH4、C2H4。结合最新修订的《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，利用其中所给出的改进三比值法得知，该主变压器发生了中温过热故障，温度达到了300～650℃，而在诱发原因上，可能与导线接头焊接不良、铁心多点接地、分接开关接触不良及股间短路引起过热等因素有关。相关部门通过开展绕组变形试验、铁心夹件绝缘电阻试验等，都没有发现异常。在线监测数据与离线油化试验数据彼此补充，发现内部总烃气体有一定升高，且与限值接近（150μL/L）。

1.2原因分析

从发生故障一来，始终未找出原因，至此，选择将该主变压器返厂，厂家对其开展诊断试验以及解体检查：（1）经诊断试验得知，整个变压器除了温升试验局部由过热情况之外，其它试验都显示正常。（2）对变压器的各个部分进行检查，都没有发现局部过热情况。（3）将低压绕组中的纸筒拆除，从中得知，A相低压绕组的下方（与铁心相接近的地方）的A1绕组出头外包纸绝缘存在显著的过热情况，而B、C两相并没有发现异常，因此，这便是变压器总烃上升的原因（此处过热）。

2.故障处理策略

低压绕组所采用的是双U型结构，而对于下U型部分来讲，实际是串联结果（即A1、A2绕组），而上部分则为A4与A3串联，另外，A3与A1均与铁心相接近，上、下U型结构之间呈并联状态。在整个绕组当中，一共有38匝，并且5根CTC导线（无外包纸绝缘）对其进行螺旋并绕，各根均为56股，而各股所存在的铜线截面为8mm2，工作电流为18A。导线长185m，出头与软铜缆引线（250mm2）焊连，A1底部出头初始垂直段为过热故障发生的位置。绕组的电流密度是2.2A/mm2，最大电流值为4.5/mm2。如果股线受损比较严重，那么电阻、电流密度明显增大所引起的额外热源，会造成局部过热。另外，还需要指出的是，在强磁场当中，因56股铜线持续持续换位状态，其在感抗上要明显大于电阻，因此，当某股导线的电阻值出现持续增大情况时，其过流不会随之而减少，因此，额外热源会通过其截面受损情况而不断增大。

由于此主变运行较长时间后出现局部过热故障，提示已存在比较严重的故障股线损伤，而且在具体的截面电流密度上，也有明显增大;另外，对于故障铜线来讲，其有整齐断口（9mm），因此，股线损伤的部位可能有兩处，而断线上段存在一尖角，即为烧断处。

还需要指出的是，绕组出头所对应的绝缘实际是皱纹纸（外包20层），在其外面（共5层），也为皱纹纸，厚度为0.34mm，而其它都是0.075mm，最外的2层没有被烧糊，提示过热的铜线并没有放电于外部构件。另外，还需说明的是，在故障股线下断口处，其电压值是20kV，而上断口所对应的感应电压同样是20kV，所以，上下断口之间是处于等电位状态，当铜线出现熔断情况后，残留的金属残渣始终于原处搭接，没有能够全面断开铜线，因此，其在放电条件上并不具备。由此表明，变压器油当中没有乙炔。

基于上述分析可得知，在绕组修复后，可能会残留一些安全隐患，除此之外，绕组的拆卸以及绕组已固化，易损坏绕组，尤其是在对绕组下半部分进行更换时，有着更大的风险。所以，厂家通过对故障低压绕组进行更换的方法来处理此故障，故障消除。

3.结语

综上，当解体变压器，并对其故障点展开深入分析后，发现故障情况一致于运行中的故障情况，另外，在过热温度上也同样保持一致，表明三比值法准确且实用。需说明的是，因低压绕组是该故障的发生部位，并且绝缘并没有被全部烧穿，所以，需要对过热故障点进行排查，如果发现异常情况，比如出现温度异常升高且烧毁情况，那么便需要及时进行更换，使整个设备保持正常、安全的运行状态。

参考文献：

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