论文部分内容阅读
摘要 本文探讨了胜利油田胜利发电厂2号主变中温过热性故障综合判断的过程。分别从磁路故障、电路故障、变压器辅助设备故障、及其它原因引起的过热性故障进行了分析判断。最终确定变压器钟罩与接地网接触不良，在2号主变投联络变时，空载合闸励磁电流使铁心严重饱和，造成变压器钟罩上产生悬浮电位；同时漏磁使变压器外壳持续产生涡流，造成变压器外壳局部过热。
关键词中温过热；悬浮电位；涡流；接地网
1 前言
主变自1993年6月投运以来，曾经历过多次外线故障造成主变开关跳闸；主变220KV侧中性点过电流造成接地线烧断；铁心多点接地；110KV中压侧A相套管将军帽引线脱焊等故障。以上原因造成变压器潜伏性故障比较多。在2006年2月12日的例行色谱分析实验时，发现油中总烃含量为260.39ppm，总烃含量超过注意值150ppm,故障性质：中温过热（300~700℃）。按照SD 187—86《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定，气体浓度达到注意值时，应进行追踪分析、查明原因；容量在100000KVA以上的变压器总烃含量大于1000ppm并且还有上升的趋势时，应考虑将2#主变退出运行。
2 过热性故障的分类
变压器内部过热性故障诊断是一项复杂的工作。故障类型与故障部位有密切关系，不同的故障点反映出的故障类型不一样。故障判断的影响因素有设备结构的影响、辅助设备故障的影响，还有其它因素的影响。变压器内部潜伏性故障可分为过热和放电两大类，所谓过热是指局部过热，他和变压器正常运行下的发热有所区别。正常运行时，温度的热源来自绕组和铁心，既所谓铁损和铜损。热性故障根据其严重程度常被分为轻度过热(一般低于150℃)、低温过热(150—300℃)、中温过热(300～700℃)、高温过热(一般高于700℃)四种故障情况。过热故障主要可以分为磁路故障、电路故障、辅助设备故障及其它原因引起的过热故障。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，造成绝缘性能下降或劣化的故障。根据放电的能量密度不同，电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。
3 过热性故障分析及判断
3.1 磁路故障
3.1.1在心式变压器中，夹紧铁心心柱和铁轭叠片的穿心螺杆的绝缘件击穿，引起铁心叠片局部短路从而产生很大的局部涡流；此外两根或多根穿心螺杆的绝缘击穿，当磁通穿过由这些螺杆形成短路时，在这些螺杆中就要流经可观的循环电流。从而产生大量的熱量，有时完全可以烧毁整台铁心，这些热量也可能烧焦线圈的绝缘而引起相邻绕组的匝间短路。
3.1.2铁心叠片之间的绝缘及铁轭与铁轭夹件之间的绝缘也可能产生损坏。此时会产生很大的涡流，并由此会产生客观的热量，从而危机铁心和线圈的绝缘，变压器的铁损也会随之增加。
3.1.3铁心多点接地引起的过热，包括稳态和暂态多点接地。铁心多点接地的检测主要是测铁心对地绝缘电阻，一种判断方法是：把变压器顶部的接地小套管接地线拆除，在变压器停运状态用兆欧表测铁心对地绝缘电阻。正常时应为500 MΩ以上，如阻值太低则说明有问题。另一种判断方法是：在变压器运行状态时测试铁心接地电流，正常时应小于0.1安培，如大于0.1安培应引起注意，说明铁心有可能存在多点接地现象。
3.2 电路故障
电路故障主要是检测变压器绕组直流电阻。规程规定它是变压器大修时、无载分接开关调级后、变压器出口短路后和1～3年1次等必试项目。在变压器的所有试验项目中是一项较为方便而有效的考核绕组纵绝缘和电流回路连接状况的试验，它能够反映绕组匝间短路、绕组断股、分接开关接触状态以及导线电阻的差异和接头接触不良等缺陷故障，也是判断各相绕组直流电阻是否平衡、调压开关档位是否正确的有效手段。长期以来，绕组直流电阻的测量一直被认为是考查变压器纵绝缘的主要手段之一，有时甚至是判断电流回路连接状况的唯一办法。
3.2.1 分接开关故障
这类故障主要是由于磨损和腐蚀使触头间接触电阻增大，发热量增加所致，它的检出主要靠测量其直流电阻，如直流电阻相间平衡率高。
3.2.2 线圈引线连接故障
这类故障一般是由于安装或检修后，套管连接螺丝没有上紧，或变压器运行时在大电流的作用下，使接触面氧化、逐渐形成较大的接触电阻，特别是短路电流。或在冲击负荷的冲击下，由电动力造成的机械振动会使压紧螺丝松动，接头接触压力下降，使接触电阻迅速上升，以及绕组匝间短路、焊接部位脱焊等。它的检出主要靠测量其直流电阻。
3.3 变压器辅助设备故障
这类故障一般是由于潜油泵电机扫膛和油流继电器电接点故障造成中温过热故障。2号主变大修前，运行人员发现2号冷却器潜油泵噪音大，并且油流继电器指针有抖动的现象。检修人员测量潜油泵电流时发现,2号潜油泵工作电流偏大，而且起动电流下降较慢，即起动过程比较长。判断2号冷却器潜油泵存在故障的可能性极大。检修人员于2007年5月份2号机组大修时更换了2号潜油泵，对潜油泵解体检查发现2号潜油泵电机转轴靠铁心的两端严重过热，烧黑发蓝；非叶轮端轴承内圈胀裂。根据转轴过热的程度，估计温度在500～600℃；造成变压器油局部过热。考虑到问题的严重性，检修人员同时将其它潜油泵电机也予以更换。
4 其它原因引起的过热性故障
4.1悬浮电位引起的过热
4.1.1悬浮电位引起火花放电的原因
高压电力设备中某金属部件，由于结构上原因，以及运行中造成接触不良而断开，处于高压与低压电极间并按其阻抗形成分压，而在这一金属部件上产生的对地电位称为悬浮电位。具有悬浮电位的物体附近的场强较集中，往往会逐渐烧坏周围固体介质或使之炭化，也会使绝缘油在悬浮电位作用下分解出大量特征气体，从而使绝缘油色谱分析数据超标。
4.1.2悬浮放电可能发生的部位
4.1.2.1变压器内处于高电位的金属部件，如调压绕组，当有载分接开关转换极性时的短暂电位悬浮；
4.1.2.2套管均压球未拧紧造成内部悬浮电位放电和无载分接开关拨钗等电位悬浮；
4.1.2.3处于地电位的部件，如硅钢片磁屏蔽和各种紧固用金属螺栓等，与地的连接松动脱落，导致悬浮电位放电；
4.1.2.4变压器高压套管端部接触不良，也会形成悬浮电位而引起火花放电；
4.1.2.5分接开关紧固螺栓接地线断裂；
4.1.2.6分接开关选择开关放电或动触头没有落位好也会造成悬浮放电。
4.3变压器钟罩接地不良处理方法
变压器钟罩上产生悬浮电位，说明变压器钟罩接地不良，进一步观察发现2号主变钟罩与底座连接螺栓部分锈蚀严重，并且漆膜较厚，导致钟罩与底座之间没有可靠接地。
处理方法:检修人员在变压器钟罩与底座之间采用40X5mm的扁铁焊接12处接地点，均匀分布在变压器的四周，使变压器外壳可靠接地。
4.4产生涡流的原理
任何变压器都具有漏磁通，那么交变磁通与变压器外壳相对切割。按照电磁感应定律，在变压器外壳中就会产生感应电动势，从而驱动电流。这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁通的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。由于变压器外壳的电阻很小，所以涡流常常很强大。电流的热效应可以使外壳的温度达到很高，造成变压器外壳局部过热。
5 结论
变压器内部过热性故障诊断是一项复杂的工作。通过变压器油色谱分析报告说明变压器处于中温过热（300~700℃）性故障，本文分别从磁路故障、电路故障、变压器辅助设备故障、及其它原因引起的中温过热性故障进行了分析判断一一排除，最终确定变压器钟罩与接地网接触不良，在2号主变投联络变时，空载合闸励磁电流使铁心严重饱和，造成变压器钟罩上产生悬浮电位；同时漏磁使变压器外壳持续产生涡流，造成变压器外壳局部过热。
关键词中温过热；悬浮电位；涡流；接地网
1 前言
主变自1993年6月投运以来，曾经历过多次外线故障造成主变开关跳闸；主变220KV侧中性点过电流造成接地线烧断；铁心多点接地；110KV中压侧A相套管将军帽引线脱焊等故障。以上原因造成变压器潜伏性故障比较多。在2006年2月12日的例行色谱分析实验时，发现油中总烃含量为260.39ppm，总烃含量超过注意值150ppm,故障性质：中温过热（300~700℃）。按照SD 187—86《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定，气体浓度达到注意值时，应进行追踪分析、查明原因；容量在100000KVA以上的变压器总烃含量大于1000ppm并且还有上升的趋势时，应考虑将2#主变退出运行。
2 过热性故障的分类
变压器内部过热性故障诊断是一项复杂的工作。故障类型与故障部位有密切关系，不同的故障点反映出的故障类型不一样。故障判断的影响因素有设备结构的影响、辅助设备故障的影响，还有其它因素的影响。变压器内部潜伏性故障可分为过热和放电两大类，所谓过热是指局部过热，他和变压器正常运行下的发热有所区别。正常运行时，温度的热源来自绕组和铁心，既所谓铁损和铜损。热性故障根据其严重程度常被分为轻度过热(一般低于150℃)、低温过热(150—300℃)、中温过热(300～700℃)、高温过热(一般高于700℃)四种故障情况。过热故障主要可以分为磁路故障、电路故障、辅助设备故障及其它原因引起的过热故障。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，造成绝缘性能下降或劣化的故障。根据放电的能量密度不同，电故障又分为局部放电、火花放电和高能电弧放电三种故障类型。
3 过热性故障分析及判断
3.1 磁路故障
3.1.1在心式变压器中，夹紧铁心心柱和铁轭叠片的穿心螺杆的绝缘件击穿，引起铁心叠片局部短路从而产生很大的局部涡流；此外两根或多根穿心螺杆的绝缘击穿，当磁通穿过由这些螺杆形成短路时，在这些螺杆中就要流经可观的循环电流。从而产生大量的熱量，有时完全可以烧毁整台铁心，这些热量也可能烧焦线圈的绝缘而引起相邻绕组的匝间短路。
3.1.2铁心叠片之间的绝缘及铁轭与铁轭夹件之间的绝缘也可能产生损坏。此时会产生很大的涡流，并由此会产生客观的热量，从而危机铁心和线圈的绝缘，变压器的铁损也会随之增加。
3.1.3铁心多点接地引起的过热，包括稳态和暂态多点接地。铁心多点接地的检测主要是测铁心对地绝缘电阻，一种判断方法是：把变压器顶部的接地小套管接地线拆除，在变压器停运状态用兆欧表测铁心对地绝缘电阻。正常时应为500 MΩ以上，如阻值太低则说明有问题。另一种判断方法是：在变压器运行状态时测试铁心接地电流，正常时应小于0.1安培，如大于0.1安培应引起注意，说明铁心有可能存在多点接地现象。
3.2 电路故障
电路故障主要是检测变压器绕组直流电阻。规程规定它是变压器大修时、无载分接开关调级后、变压器出口短路后和1～3年1次等必试项目。在变压器的所有试验项目中是一项较为方便而有效的考核绕组纵绝缘和电流回路连接状况的试验，它能够反映绕组匝间短路、绕组断股、分接开关接触状态以及导线电阻的差异和接头接触不良等缺陷故障，也是判断各相绕组直流电阻是否平衡、调压开关档位是否正确的有效手段。长期以来，绕组直流电阻的测量一直被认为是考查变压器纵绝缘的主要手段之一，有时甚至是判断电流回路连接状况的唯一办法。
3.2.1 分接开关故障
这类故障主要是由于磨损和腐蚀使触头间接触电阻增大，发热量增加所致，它的检出主要靠测量其直流电阻，如直流电阻相间平衡率高。
3.2.2 线圈引线连接故障
这类故障一般是由于安装或检修后，套管连接螺丝没有上紧，或变压器运行时在大电流的作用下，使接触面氧化、逐渐形成较大的接触电阻，特别是短路电流。或在冲击负荷的冲击下，由电动力造成的机械振动会使压紧螺丝松动，接头接触压力下降，使接触电阻迅速上升，以及绕组匝间短路、焊接部位脱焊等。它的检出主要靠测量其直流电阻。
3.3 变压器辅助设备故障
这类故障一般是由于潜油泵电机扫膛和油流继电器电接点故障造成中温过热故障。2号主变大修前，运行人员发现2号冷却器潜油泵噪音大，并且油流继电器指针有抖动的现象。检修人员测量潜油泵电流时发现,2号潜油泵工作电流偏大，而且起动电流下降较慢，即起动过程比较长。判断2号冷却器潜油泵存在故障的可能性极大。检修人员于2007年5月份2号机组大修时更换了2号潜油泵，对潜油泵解体检查发现2号潜油泵电机转轴靠铁心的两端严重过热，烧黑发蓝；非叶轮端轴承内圈胀裂。根据转轴过热的程度，估计温度在500～600℃；造成变压器油局部过热。考虑到问题的严重性，检修人员同时将其它潜油泵电机也予以更换。
4 其它原因引起的过热性故障
4.1悬浮电位引起的过热
4.1.1悬浮电位引起火花放电的原因
高压电力设备中某金属部件，由于结构上原因，以及运行中造成接触不良而断开，处于高压与低压电极间并按其阻抗形成分压，而在这一金属部件上产生的对地电位称为悬浮电位。具有悬浮电位的物体附近的场强较集中，往往会逐渐烧坏周围固体介质或使之炭化，也会使绝缘油在悬浮电位作用下分解出大量特征气体，从而使绝缘油色谱分析数据超标。
4.1.2悬浮放电可能发生的部位
4.1.2.1变压器内处于高电位的金属部件，如调压绕组，当有载分接开关转换极性时的短暂电位悬浮；
4.1.2.2套管均压球未拧紧造成内部悬浮电位放电和无载分接开关拨钗等电位悬浮；
4.1.2.3处于地电位的部件，如硅钢片磁屏蔽和各种紧固用金属螺栓等，与地的连接松动脱落，导致悬浮电位放电；
4.1.2.4变压器高压套管端部接触不良，也会形成悬浮电位而引起火花放电；
4.1.2.5分接开关紧固螺栓接地线断裂；
4.1.2.6分接开关选择开关放电或动触头没有落位好也会造成悬浮放电。
4.3变压器钟罩接地不良处理方法
变压器钟罩上产生悬浮电位，说明变压器钟罩接地不良，进一步观察发现2号主变钟罩与底座连接螺栓部分锈蚀严重，并且漆膜较厚，导致钟罩与底座之间没有可靠接地。
处理方法:检修人员在变压器钟罩与底座之间采用40X5mm的扁铁焊接12处接地点，均匀分布在变压器的四周，使变压器外壳可靠接地。
4.4产生涡流的原理
任何变压器都具有漏磁通，那么交变磁通与变压器外壳相对切割。按照电磁感应定律，在变压器外壳中就会产生感应电动势，从而驱动电流。这样引起的电流在导体中的分布随着导体的表面形状和磁通的分布而不同，其路径往往有如水中的漩涡，因此称为涡流。由于变压器外壳的电阻很小，所以涡流常常很强大。电流的热效应可以使外壳的温度达到很高，造成变压器外壳局部过热。
5 结论
变压器内部过热性故障诊断是一项复杂的工作。通过变压器油色谱分析报告说明变压器处于中温过热（300~700℃）性故障，本文分别从磁路故障、电路故障、变压器辅助设备故障、及其它原因引起的中温过热性故障进行了分析判断一一排除，最终确定变压器钟罩与接地网接触不良，在2号主变投联络变时，空载合闸励磁电流使铁心严重饱和，造成变压器钟罩上产生悬浮电位；同时漏磁使变压器外壳持续产生涡流，造成变压器外壳局部过热。