变压器有载分接开关故障分析与处理

2022-03-25刘晓波陈志勇李月文史强强

河北电力技术 2022年1期

刘晓波,苗宇,陈志勇,李月文,史强强

(内蒙古电力(集团)有限责任公司乌兰察布供电分公司,内蒙古乌兰察布 012000)

变压器是电力系统的重要组成设备,一旦其发生事故,可能导致大面积停电,故变压器电气试验是保证电网稳定运行必要手段。变压器试验项目主要有油色谱分析、直流电阻、交流耐压、有载分接开关试验、局部放电、介质损耗、泄漏电流等[1]。其中,油色谱试验在分析变压器内部初期放电、发热等故障等方面较为有效,也可跟踪观察故障发展趋势[2]。作为变压器带负荷动作的唯一部件,有载分接开关的试验与维护至关重要,其故障可通过绝缘油色谱分析、直流电阻、有载分接开关试验数据来体现[36]。

1 有载分接开关工作原理

为确保电能质量,运行人员需在变压器不停电情况下调节电压,而有载分接开关可利用过渡电阻限制环流,完成分接选择器之间的切换,从而改变绕组的匝数,实现带负载调压的目的[7,8]。其结构主要包括3个部分:极性选择器、分接选择器及切换开关。其中,极性选择器、分接选择器位于变压器油箱中,切换开关由于切换负载电流较为频繁,产生的电弧会使油质快速劣化,因此放置于独立的油箱中,与变压器油箱本体隔离[7]。有载分接开关的电气原理如图1所示。

图1 有载分接开关电气原理

2 设备故障过程

某220 k V变电站1号主变压器(简称“主变”)型号为SFPSZ7-90000/220,额定容量为90000/90000/45 000 k VA,额定电压为220/121/11 k V。该主变故障前运行稳定、负荷平稳,且未遭受大电流冲击等故障。

2.1 油色谱分析

2021年3月4日,高压试验人员例行对该主变进行绝缘油色谱分析,发现油色谱异常,详细数据如表1所示,C2H2和总烃含量均超过规程规定[9](220 k V及以下变压器乙炔含量不大于5 μL/L,总烃含量不大于150μL/L),由于该变压器油色谱试验历史数据均合格,故怀疑变压器内部可能存在绝缘类故障。3月6日,试验人员再次取样分析后,结果与3月4日数据基本一致。试验人员利用5种特征气体的三比值法[9]来判断故障性质,比值编码为022,故障性质为高于700℃的热故障。对该变压器进行了油色谱跟踪,缩短取样周期,跟踪检测试验数据如表1所示,C2H2含量逐渐下降并趋于稳定,但C2H2和总烃含量仍然超标。

表1 绝缘油色谱跟踪试验数据

2.2 带电检测

2.2.1 局部放电检测

2021年3月22日,利用PDS-T90局部放电检测仪对该主变进行带电检测,超声波(AE)检测未发现异常信号,特高频(UHF)检测发现有局部放电信号,特别在有载分接开关侧主变油箱缝隙处放电信号明显,特高频PRPD/PRPS图谱如图2所示。放电信号在工频相位的正、负半轴均出现,放电次数较少且重复率低,信号最大幅值54 d B,放电类型具有悬浮放电特征[10]。初步判断变压器中可能存在接触不良、连接松动的部件。

图2 特高频PRPD/PRPS图谱

2.2.2 铁心接地电流检测

考虑到该主变运行时间长,已达到设计寿命,可能存在铁心底部卷边,致使铁心漏磁,引起局部过热故障,故对该主变进行铁心接地电流测试。

铁心接地电流测试结果为15 mA,符合规程[11]要求的100 mA范围内,故排除铁心多点接地及涡流引起的过热故障。

3 诊断性试验分析

3月26日,按计划停电后对主变展开诊断性试验工作,其中,泄漏电流、变比、绕组及套管介质损耗因数及电容量、绕组及套管绝缘电阻、短路阻抗及频响法绕组变形测试、中压及低压绕组直流电阻测试合格,而高压侧W相绕组直流电阻不平衡,有载分接开关试验不合格,具体分析如下。

3.1 直流电阻试验

为检查分接开关接触是否良好以及绕组层间、匝间有无短路现象等,进行直流电阻试验。电动调节有载开关反复多次动作、摩擦触头,后测得该主变高压侧直流电阻换算到20℃的数据如表2所示。

表2 高压侧直流电阻测试值

由表2可知,高压侧1-8档位W相直流电阻与U、V两相相比明显增大,4、5、7、8档不平衡率较高,不平衡率均超出规程规定值[11](1.6 MVA以上的变压器,相间互差不大于2%,无中性点引出的绕组,线间相互间差别不大于1%),最大不平衡率达到11.671%。而9-17档位中,12、13、15、16档直流电阻偏大,在临界值附近,初步怀疑有载分接开关的W相极性选择器或分接选择器触头接触不良,触头表面可能有油污、氧化及烧灼等情况。

3.2 有载分接开关试验

为检查有载分接开关的动作顺序、切换时间和过渡电阻是否合格,进行有载分接开关试验,并测量过渡波形。在该变压器1-8档逐级测量过渡电阻时,过渡电阻值如表3所示。W相过渡电阻值大于U、V两相,与铭牌电阻2.5Ω相比,不平衡率约为28%左右,超过规程规定[11]标准值10%,其它档位过渡电阻值在规程范围内。

表3 过渡电阻试验值

测量过渡波形,10-17档逐级过渡波形均正常,1-8档逐级测量过渡波形存在异常,波形相似。分接1-2过渡波形如图3所示,横轴t为过渡时间,纵轴I为切换过程中电流值大小,选取的试验电流为1 A。由图3可知,三相波形相似,过渡时间无差别,可判断切换同期,分接动触头无松动扭曲等,但切换过程中W相电流明显小于U、V两相,但没有过零,进一步判断在桥接过程中W相极性选择器正极性侧存在异常。

图3 有载分接1-2过渡波形

3.3 故障分析

通过有载分接开关原理示意与直流电阻数据可知,W相直流电阻明显偏大的4、5、7、8档与12、13、15、16档的分接选择器的触头位置都位于4、5、7、8,1-8档直流电阻整体偏大的部分极性选择器都位于正极性位置。再结合W相过渡电阻1-8档整体偏高以及油色谱试验C2H2和总烃含量超标等分析,该变压器故障原因为有载分接开关的极性选择器W相接触不良,分接选择器W相4、5、7、8触头可能有油污或间隙等,导致局部放电。

4 处理措施及效果

4月7日,该主变放油完毕后,检修试验人员从人孔进入检查。检查发现,极性选择器的W相动、静触头烧蚀严重,如图4所示;另外有部分引线因预留长度不够,致使引线拖拽分接选择器,从而导致分接选择器上下藤条变形及绝缘纸破损,如图5所示。由于引线的拖拽致使分接选择器在变换分接位置时多处动静触头啮合不到位,动、静触头部位产生间隙,其中以W相最为严重,在4、5、7、8档与12、13、15、16档均不能正常啮合。如果在高电压的作用下容易引起拉弧烧蚀现象。

图4 极性转换器触头烧灼

经分析确认后现场进行更换,并对绷紧引线进行处理,将绝缘纸破损部位重新进行包扎,并对啮合不正常的触头进行调整。检修完毕后,进行直流电阻测试与有载分接开关试验,试验数据均合格,其中直流电阻最大不平衡率为0.244%,符合规程规定[11]的相间互差不大于2%。其他诊断性试验及局部放电检测也均合格。送电后,对该主变进行油色谱及带电检测等跟踪试验,数据均无异常。