0引言
在现代电力系统中,变压器作为关键枢纽设备, 其运行稳定性直接关系到电力供应的可靠性与安全性。长期运行过程中,变压器内部复杂的电磁环境和 热应力作用,使绝缘油不断经历物理和化学变化[1]。 油色谱分析技术凭借其高灵敏度、准确性,成为监测 变压器健康状态、预判潜在故障的核心手段久一旦油色谱数据出现异常,预示着变压器内部可能存在 严重隐患,及时、深入地分析处理至关重要[3-5]。本研 究聚焦某水电站66 kV变压器油色谱异常事件,深度 挖掘故障成因,探索高效处理方案及长效预防策略, 旨在为保障电力系统稳定运行提供有力支撑。
1事件经过
某水电站安装2台轴流转桨式水轮发电机组, 变压器型号为SF10—50000/69,2010年投入运行, 采用一机一变单元接线方式,变压器低压侧设断路 器,机组发电时带负荷运行,机组停机后系统倒送带 厂用电运行。1号变压器投运时,发现铁心夹件有 接地现象,因现场无法处理,将原外引夹件接地线断 开,铁心接地线外引连接,实际运行中铁心接地电流 可正常测量,夹件接地电流无法测量,投运以来每年 绝缘油化验结果均正常。
2024年3月11日,依据66 kV变压器年度变压器油色谱检测要求采集油样送检,1号变压器检测结 果显示氢气(H)、乙炔(C2HJ和总烃含量远超注 意值,其中乙炔含量达29.2 2L/L,总烃含量高达 3 817.91 2L/L,而铁心接地电流为2.25 mA,处于正 常范围。为确保检测结果准确性,排除取油样过程 中可能存在的器具污染、运输颠簸及人员操作误差 等因素,3月15日在相同位置再次取油样送检,氢 气、乙炔和总烃依然超标,乙炔含量为26.4 2L/L,总 烃含量升至3 842.27 2L/L。3月16日,分别从1号 变压器下部和上部分别取油样进行绝缘油简化分析 和色谱检测,结果表明绝缘油各项常规指标正常,但 氢气、乙炔和总烃含量持续超标,详细数据见表1。
2原因分析
连续三次油色谱检测结果均显示乙炔和总烃含量超标,通过对变压器油简化分析合格,排除油质本 身问题;检查油位正常,排除油位过低引发故障的可 能;变压器安装在半封闭混凝土结构环境,无渗漏油 且能有效防止雨水侵入,排除受潮因素。综合试验 数据与现场检查情况,深入分析变压器内部故障成 因,主要涉及以下几个关键方面:
(1)局部放电过热:变压器内部铁心多点接地时, 接地回路会形成环流,导致铁心局部过热,加速绝缘 油和绝缘材料分解,产生氢气和乙炔。分接开关接触 不良、套管引线接触不良或绕组局部接地、匝间短路 等故障,会使接触电阻增大,引发局部发热,促使绝 缘介质分解产气。从电磁学原理来看,接触不良处的 电阻增大,根据焦耳定律Q=/•R",在电流一定时, 电阻增大导致发热加剧,进而引发绝缘老化分解。
(2)制造安装缺陷:制造环节选用的绝缘材料质 量缺陷,如绝缘性能不稳定、耐热等级不达标等,在长 期运行中易发生老化和损坏。安装过程中绕组、铁心、 夹件固定不牢,引线连接不紧,运行时受到电磁力和 机械振动作用,部件间发生摩擦和碰撞,产生局部过 热,加速绝缘老化。这不仅涉及材料本身的质量问题, 还与制造和安装工艺的规范性、精准度密切相关。
⑶长期过负荷影响:变压器长期处于过负荷运 行状态,绕组和铁心电流增大,铜损和铁损增加,导 致温度持续升高。过高的温度加速绝缘油和绝缘材 料的老化分解,降低绝缘性能。以热传导和热老化 理论为基础,温度每升高一定程度,绝缘材料的老化 速度呈指数级增长,严重影响变压器的使用寿命和 安全性能。
3检查处理
变压器内部产生氢气、乙炔等易燃易爆气体,若 不及时处理,极易引发着火爆炸事故,危及人员生命 安全和设备正常运行。该电站迅速采取一系列有效 措施,成功解决了油色谱数据异常问题。
⑴优化调整运行方式
3月份电站机组承担调峰任务,运行特性为小 时数少、启动频次低。通过多安排2号机组发电,减 少1号变压器满负荷运行时间;将大功率、重要负荷 电源切换至n段厂用电,降低1号变压器负载;在1 号变压器满负荷运行期间,加强全方位巡视检查,实 时记录各部位温度,密切监测铁心接地电流,运用红 外热成像技术进行动态监测,一旦发现异常立即处理,从运行层面降低故障风险。
(2)精准试验检查诊断
3月21日,申请1号变压器停电检修,做好安 全隔离措施后,打开铁心外引接地,测量铁心对地电 阻为0 Q,初步判定存在多点接地故障。聘请电科 院专业试验人员进行深入检测,测量高压侧绕组直 流电阻,数据显示各绕组合格(见表2);开展局放试 验,结果表明低压侧A、B项放电量严重超标(见表 3)。综合试验结果,明确变压器内部存在局部放电 超标、铁心多点接地等故障,已不具备投运条件,随 即申请检修处理。
(3)高效返厂检修修复
考虑到当地3月份现场温度、湿度不满足检修 条件,电站积极与变压器厂家和检修单位沟通协调, 获取原始设计数据、工艺流程等资料,提前规划检修 方案。选择就近返厂检修,检修过程中发现并处理 了一系列关键缺陷:
1)铁心上轭夹件松动、上铁轭末级部分硅钢片 向上位移与夹件上梁间歇性接触,引起间歇性火花 放电(有明显放电点),造成铁心多点接地。
2)下油箱底部有3个地脚螺栓(共6个)未采 取绝缘措施,下夹件通过地脚螺帽及螺栓与油箱连 通,造成夹件多点接地。
3)铁心上轭与大罩间没有安装绝缘梯形块的工 艺措施,硅钢片向上位移现象发生时无法有效固定 和隔离硅钢片,导致最终上窜的硅钢片与上铁轭短 接产生间歇性火花放电。
4)线圈垫块脱落或移位现象较严重,上铁轭绝 缘拉带有破损,围屏绑线部分存在松脱现象。
这些缺陷主要由制造材料、工艺问题,以及多次 雷击、长期运行等因素导致。检修人员严格按照规范对缺陷进行修复,历经23 d完成所有检修项目, 并进行绕组电阻测量、外施耐压试验、油分析试验、 局部放电测量等出厂试验,数据均合格。变压器回 装后,在现场进行耐压、局放等验收试验,结果达标。 完成三次冲击合闸试验后,顺利投入运行。投运后 2个月内,每周进行油色谱检验,结果均正常,表明 检修效果良好。
4预防措施
为防止类似故障再次发生,构建全方位、多层次 的预防体系,涵盖检修试验规范、油质监测优化和运 行环境改善等关键环节。
⑴强化检修试验规范执行:严格遵循变压器检 修试验周期,定期开展全面检修试验工作。运用先 进检测技术和设备,如高灵敏度局部放电检测仪、高 精度绕组变形测试仪等,及时发现并处理绝缘部件 老化、固定件松动、铁心接地异常、线圈短路隐患、油 质劣化等问题。通过预防性检修,保持变压器良好 运行状态,延长设备使用寿命,有效预防着火、爆炸 等严重事故发生。
(2)优化油质监测管理体系:调整66 kV变压器 油化验周期,将油色谱检验从每年1次加密为每季 度1次,提高对变压器内部异常的监测频率。规范 注油流程,检修时采用真空滤油机进行平稳注油,控 制注油速度,进行热油循环处理,有效排除气体和杂 质。在使用新油前,严格按照标准进行油化验检查, 确保油质符合要求,从源头上保障变压器绝缘性能。
⑶完善运行环境优化机制:依据变压器设计容 量,科学调整发电机运行方式,避免变压器长期过负 荷、过电压运行。建立油位定期检查制度,实时监控油位变化,防止油位过低影响绝缘性能。利用智能 化监控系统,实时监测变压器铁心、线圈及油的温 度,自动切换冷却风扇运行模式,确保变压器在适宜 温度范围内运行。完善线路防雷装置,采用先进的 防雷技术和设备,如氧化锌避雷器、防雷绝缘子等, 提高变压器抗雷击能力,降低雷击对变压器造成损 坏的风险。
5结语
本研究围绕变压器油色谱数据异常问题,从故障发现、原因分析、检修处理到预防措施制定,进行了 系统、深入的研究。通过对某水电站66 kV变压器的 实例分析,精准定位故障根源,实施有效处理方案,并 建立长效预防机制,成功保障了变压器的安全稳定运 行。研究成果为其他单位处理类似问题提供了全面、 深入的参考范例,有力支撑电力系统安全稳定运行。 未来,随着电力技术的不断发展,应持续关注变压器 运行状态监测技术的创新,不断完善故障诊断和预防 体系,为电力行业可持续发展奠定坚实基础。