220kv電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電檢測技術(shù)及案例分析

0引言

在電力變壓器日常運行過程中,其絕緣套管長期通過負載電流,而長期的過負荷運行會導(dǎo)致絕緣材料的絕緣性能下降,嚴重影響電力變壓器使用壽命^[1—3]。因此,對電力變壓器套管的日常觀察、保養(yǎng)維護尤為重要,因為絕緣套管的安全穩(wěn)定運行不僅對電力變壓器的安全運行有著重要影響,同樣也對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

1 電力變壓器套管故障檢測技術(shù)分析

最近幾年,隨著電網(wǎng)的智能化普及率升高,智能化檢測技術(shù)逐漸興起,并廣泛應(yīng)用于各種場景。電力變壓器套管故障檢測方法主要有振動檢測、光譜檢測、油色譜分析、聲學(xué)檢測、紅外和熱成像檢測、無損檢測、鐵譜檢測等^[4—5]。目前,油色譜分析因其原理簡單、易操作、檢測準確率高等優(yōu)勢,成為電力變壓器最常使用的故障檢測技術(shù)之一^[6]。油色譜分析通常會結(jié)合介質(zhì)損耗試驗等其他檢測技術(shù)一起用于電力變壓器故障分析,綜合檢測技術(shù)的運用提高了電力設(shè)備故障分析的準確率^[7]。

在電力變壓器的正常運行過程中,內(nèi)部氣體的含量基本都在標準規(guī)定的范圍內(nèi)。在電力變壓器運行過程中,絕緣材料受熱應(yīng)力、電應(yīng)力、催化劑等因素的影響,可在油中產(chǎn)生少量的溶解氣體,通常被稱為“特征氣體”(如CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、C₂H₄等),根據(jù)特征氣體含量的多少,氣體繼電器會相應(yīng)發(fā)出報警信號或動作發(fā)出電力變壓器跳閘指令^[8—10]。目前油中溶解氣體分析被作為變壓器絕緣狀態(tài)評估的關(guān)鍵指標^[11],因此,定期采集電力變壓器器身各部位的油樣,用氣相色譜分析儀對特征氣體含量進行檢測分析,可使設(shè)備管理人員根據(jù)特征氣體含量的檢測結(jié)果對 電力變壓器內(nèi)部的潛在故障進行分析,并預(yù)測故障后續(xù)的發(fā)展情況。電力變壓器油色譜分析的一般步驟如圖1所示。

通常判斷電力設(shè)備絕緣好壞最直接的方法是測量絕緣電阻,除此之外還可測量電力設(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)^[12]。介質(zhì)損耗試驗的原理主要是對絕緣材料施加交流電壓來檢測介質(zhì)損耗角正切值(tan δ)和電 容值(Cx)兩個指標^[13]。

指標tan δ主要是電介質(zhì)中有功分量與無功分量的比值,而Cx的降低直接反映為介電損耗因數(shù)的增加,可根據(jù)這兩個指標來判斷絕緣狀態(tài)是否良好^[14]。隨著科學(xué)技術(shù)的進步,目前市場上已有專業(yè)的智能化檢測儀器,可在工頻電壓下現(xiàn)場測量電力設(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)。

2 電力變壓器低壓套管故障基本情況概述

針對一起我集團下屬某公司在C修期間發(fā)現(xiàn)的220 kv電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電缺陷,本文詳細闡述了其檢測及后續(xù)處理,主要采用油色譜分析試驗、介質(zhì)損耗試驗及解體檢查等專業(yè)技術(shù)手段,最終確定電力變壓器低壓側(cè)套管內(nèi)部電容芯移位的設(shè)備主因,避免了事故進一步擴大,造成重大的人身財產(chǎn)安全事故。

2024年3月17日,電力集團下屬某公司開展220kv 電力變壓器C級檢修工作,筆者與設(shè)備部電氣專業(yè)工程師負責(zé)分析各檢查部位、電氣試驗項目及相關(guān)檢查工作。3月28日,在電力變壓器檢修工作推進過程中,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),無法確定與電力變壓器本體內(nèi)部相連接的低壓側(cè)套管自身絕緣油是否與電力變壓器本體油路相通,僅通過日常維護及電力變壓器油質(zhì)監(jiān)測可能無法反映低壓側(cè)套管的真實狀態(tài),經(jīng)咨詢電力變壓器生產(chǎn)廠家也未能得到有效結(jié)果。之前該公司從未開展過低壓側(cè)套管檢修工作,同時低壓側(cè)套管從設(shè)計上來說屬于“不擊穿免維護”部件,檢修規(guī)程中也無低壓側(cè)套管維護的具體要求。出于設(shè)備狀態(tài)的實際情況,本著必須求準求真、不忽略任何一個細節(jié)的態(tài)度,筆者和其他項目組成員將情況匯報領(lǐng)導(dǎo),之后確定把電力變壓器低壓側(cè)套管列為額外檢查項目。

3油色譜試驗檢測情況分析

2024年3月29日,進行油樣對比試驗,油色譜試驗檢測結(jié)果表明低壓側(cè)套管絕緣油與電力變壓器本體油路不相通,并且發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管B相乙炔、總烴氣體含量超標,根據(jù)《電力重大安全隱患判定標準》《工貿(mào)企業(yè)重大事故隱患判定標準》,判斷出電力變壓器低壓側(cè)套管B相可能存在重大隱患,建議進一步檢查處理。試驗檢測數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

試驗檢測結(jié)果表明,低壓側(cè)套管三相含氣量均大于3%;B相C₂H₂、總烴氣體含量超標,H₂含量嚴重超標。根據(jù)檢測結(jié)果分析,懷疑B相存在局部放電故障,建議開展介質(zhì)損耗試驗,并對低壓側(cè)套管進行解體檢查。

4介質(zhì)損耗試驗和解體檢查情況

為進一步查明低壓側(cè)套管B相C₂H₂、H₂和總烴含量超標的具體原因,運行人員將主變停運,檢修人員、試驗人員分別對低壓側(cè)套管進行介質(zhì)損耗試驗和解體檢查,介質(zhì)損耗試驗檢測結(jié)果表明低壓側(cè)套管B相的tan δ和電容Cx數(shù)據(jù)異常,數(shù)據(jù)如表3所示。

因介質(zhì)損耗試驗檢測低壓側(cè)套管A相、C相未見異常,隨后對電力變壓器低壓側(cè)套管整體進行解體檢查,情況如圖2、圖3所示。經(jīng)仔細檢查,發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管B相電容芯已出現(xiàn)移位的現(xiàn)象,套管上發(fā)現(xiàn)一個明顯的放電點,電容芯已被放電電流灼穿,灼穿直徑約為1.3 cm,如圖4所示,其他部件均正常。

對電力變壓器低壓側(cè)套管進行介質(zhì)損耗試驗和解體檢查后,故障原因已查明,因公司無電容芯備件,只能采取返廠維修的方式進行故障處理。經(jīng)電力變壓器生產(chǎn)廠家緊急處理后,將維修完成的套管發(fā)回公司進行回裝,返修出廠前及回裝后各項試驗指標均正常?；匮b后低壓側(cè)套管油色譜分析試驗檢測數(shù)據(jù)如表4所示。

試驗結(jié)果表明:更換低壓側(cè)套管B相電容芯后,試驗各項氣體含量均在正常范圍內(nèi),經(jīng)該公司總工程師評估論證,電力變壓器可試運行,試運行期間各項參數(shù)指標均正常,可轉(zhuǎn)為正常運行。

5綜合診斷原因分析

在查明電力變壓器低壓側(cè)套管故障原因后,將出現(xiàn)故障的套管返廠進行維修,維修期間經(jīng)與廠家技術(shù)人員交流得知:從現(xiàn)場拆開的套管引線固定結(jié)構(gòu)分析,套管內(nèi)部引線固定方式為采用彈簧壓緊固定,而沒有采用目前焊接固定的方式。電力變壓器安裝投運初始接觸良好,經(jīng)過長時間的持續(xù)運行,并受日常振動等其他因素的影響,低壓套管B相電容芯逐漸發(fā)生移位,導(dǎo)致末屏引線與銅板之間存在虛接的情況,進而造成了引線對銅板持續(xù)性局部放電現(xiàn)象,低壓側(cè)套管油中乙炔、總烴氣體含量超標,氫氣含量嚴重超標,電容芯損壞較為嚴重,已出現(xiàn)一個明顯的放電點。電力變壓器生產(chǎn)廠家技術(shù)人員預(yù)測,如果該電力變壓器繼續(xù)運行幾個月,低壓側(cè)套管很有可能發(fā)生爆炸事故,將嚴重影響人身財產(chǎn)和電力系統(tǒng)安全。

6電力變壓器改造建議

通過對本次電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電故障的處理,發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管引線與銅板連接存在結(jié)構(gòu)上的缺陷,此種缺陷極易引發(fā)低壓側(cè)套管的局部放電現(xiàn)象。據(jù)此提出以下建議供參考:

1)建議電力變壓器生產(chǎn)廠家將套管內(nèi)部引線固定方式由彈簧壓緊固定改為焊接方式。

2)通過走訪及查閱資料發(fā)現(xiàn),低壓側(cè)套管絕緣油與電力變壓器本體油路不相通構(gòu)造不利于日常的運行維護,建議將兩者連通,將低壓側(cè)套管與變壓器本體油路連通后,可通過對變壓器本體油質(zhì)的監(jiān)督分析,及時發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管內(nèi)部的潛在缺陷。此改造方法已在多家電廠電力變壓器中應(yīng)用并證實可行。

3)油路改造后需注意定期對電力變壓器開展預(yù)防性試驗,并取油樣進行化驗分析,以確保油質(zhì)合格。

7 結(jié)束語

本文主要介紹了電力變壓器低壓側(cè)套管故障檢測技術(shù),并分享了一個經(jīng)典的故障案例。故障處理過程中采用了油色譜試驗、介質(zhì)損耗試驗及解體檢查等專業(yè)技術(shù)手段,及時發(fā)現(xiàn)并消除了電力變壓器低壓側(cè)套管局部放電故障,提高了電力變壓器運行的可靠性。在故障處理過程中,發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)套管引線與銅板連接存在結(jié)構(gòu)上的缺陷,提出了改進意見及建議。同時針對低壓側(cè)套管運行維護中的不便,建議將低壓側(cè)套管油路與電力變壓器本體油路連通。

綜上所述,電力變壓器低壓側(cè)套管相對高壓側(cè)套管來說較易受到忽視,且低壓側(cè)套管從設(shè)計上來說屬于“不擊穿免維護”部件,檢修規(guī)程中也無低壓側(cè)套管維護的具體要求,因而其成為檢修和技術(shù)監(jiān)督中的薄弱環(huán)節(jié)。建議各電力企業(yè)大、小修期間都要加大對低壓套管的維護力度,做好定期預(yù)防性試驗,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在缺陷并及時處理。

最后,作為電氣專業(yè)技術(shù)人員要有嚴謹?shù)膽B(tài)度,對電氣設(shè)備實際狀態(tài)必須求準求真,不能忽略任何細節(jié),這樣才能為進一步提高供電設(shè)備的健康水平及可靠性打下堅實基礎(chǔ),助力我國能源電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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2024年第19期第20篇