对于大型变压器,油色谱气体分析是判断变压器是否存在故障的有效手段。根据变压器的离线油色谱数据,可以判断变压器的故障性质,同时根据变压器的结构特点判断变压器的故障点位置。本文针对某电站变压器油色谱异常气体进行分析判断,对变压器整体进行相关检查和研究, 最终进行了处理,避免变压器带故障运行及故障突然扩大。
变压器产气现象及分析
某变电站在检修试验时,进行了油色谱分析试验,其油色谱数据如下表所示。
油色谱显示,C2H2已到2.0左右,属于异常。而其他特征气体较正常。连续跟踪一个星期时间,色谱数据没有明显变化。
根据油色谱数据,C2H2数据较大,而正常运行的变压器C2H2含量应很小,综合其他气体含量,可判断为变压器内部有局部高热。同时CO及CO2数据较正常,没有明显变化,可以判断局部高热部位没有涉及固体绝缘。
综合以上分析,评估认为变压器内部发生了放电或者金属摩擦发热等,同时发生故障位置不涉及变压器的固体绝缘。检查及相应试验
为了进一步分析判断,需要进行相应的检查及试验,排除没有发生故障的部位。为此,进行了以下检查工作。
1)变压器的运行电压及电流正常,评估变压器载流部分没有明显故障。
2)变压器潜油泵运行电流及运行声音正常, 评估冷却装置的潜油泵内部没有摩擦故障。
3)铁心对地绝缘电阻正常,评估铁心对地的绝缘没有缺陷。
4)夹件对地绝缘电阻正常,评估夹件对地的绝缘没有缺陷。
5)夹件对铁心间的绝缘电阻正常,评估夹件对铁心的绝缘没有缺陷。
6)有载开关油位没有明显上升,排除有载开关内漏而导致的油外漏。
7)变压器带电运行过程中进行局部放电带电监测,包括超声及高频监测,均未发现放电信号,说明在运行状态没有放电发生。
8)在退出运行后,进行感应监视局部放电试验,没有发现明显的放电信号,原有放电已经休止。
根据以上检查及试验,可以确定,放电点不在载流回路,夹件与铁心间绝缘、夹件对地绝缘和铁心对地绝缘等没有问题;潜油泵不存在机械摩擦;有载开关不存在渗漏。根据变压器的结构特点,故障点存在于变压器内部结构件的等电位连接处的可能性较大,并且放电现象已经休止。
问题查找及处理
变压器退出运行,进入检修工位,之后进行变压器大排油内部检查。进入内部检查后,发现一个电屏蔽件与结构件的等电位连接处有明显的放电痕迹,结构件上有非常明显的放电烧灼及黑色碳化,如图1所示。从放电痕迹来看,放电位置在等电位连接处。
将电屏蔽等电位连接的紧固件拆除,擦拭干净后的紧固件如图2所示。从等电位连接的紧固件来看,在螺栓的根部有明显的磨损痕迹,甚至原有的螺纹已经磨平,与其接触的弹簧垫片也有磨损的痕迹。在正常紧固的情况下,螺栓根部螺纹及弹簧垫片不会有如此明显的磨损,说明此处的等电位连接是松动的。松动的紧固件在变压器运行过程中,由于振动而磨损,造成图1所示的现象发生。
将屏蔽件拆除,清除屏蔽件表层绝缘,重新包绕绝缘,清理放电产生的污物,更换紧固件, 重新按照力矩要求装配并紧固。通过相应试验, 变压器修复完好。
机理分析
对于高电压大型变压器,其内部器身的结构件很难避免存在棱角,那么,此结构件会在高场强环境中放电,影响绝缘性能。为了避免此种情况的发生,通常采用电屏蔽的方法屏蔽结构件的棱角。此种屏蔽结构需要设置一点与被屏蔽的结构件进行等电位连接,而结构件通常是接地的。本案例中就是由于此处等电位连接松动,进而发生火花放电,导致了绝缘油色谱出现异常。
当等电位联结出现松动时,屏蔽结构出现悬浮,此时相当于在高电位与地电位之间增加了一个金属物质,构造等效电容电路如图3所示。
由于等电位连接只是松动,其断开间隙非常小,只有零点几毫米。当C 2的电容电压达到一定值时,其断开间隙会被击穿,在间隙间形成火花放电。由于火花放电的温度非常高,作用于变压器绝缘油中,使变压器油裂解,甚至碳化,形成图1的现象,同时会出现变压器油色谱异常。需要说明的是,此处的放电,只是裸金属间的放电, 没有涉及固体绝缘,因此油色谱异常只是体现在了C2H2出现。
由于在等电位连接处放电或其他振动等原
因,有时会使等电位连接处复接,所以,变压器后续运行中放电休止,以至于在线局部放电监测及退出后的感应试验没有出现异常。
结束语
本案例由于电屏蔽的等电位连接松动,导致变压器油色谱异常。通过排除检查及色谱分析,确定了故障点的性质及大致位置,同时通过电容电路分析了放电故障的机理。本案例提醒人们,大型变压器不仅仅是载流导电部分紧固连接重要,非载流连接的接地系统的等电位连接同样至关重要。