高曉東++菅有為++袁計(jì)委++尹國(guó)慧
摘 要:運(yùn)行中的電力變壓器,常常會(huì)出現(xiàn)油中氫氣含量超標(biāo),而氫氣含量的增長(zhǎng),不少情況下是電性故障的前兆,也會(huì)造成變壓器絕緣的缺陷,所以氫氣含量也是變壓器能否繼續(xù)安全運(yùn)行的重要指標(biāo)之一,本文通過處理一起500kV變壓器油中氫氣超標(biāo)事件,分析氫氣超標(biāo)原因并給出處理措施及建議。
關(guān)鍵詞:氫氣超標(biāo);油色譜分析;局部放電;熱油循環(huán)
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.002
1 故障概述
某500kV變電站#1主變A相型號(hào)為ODPS-250000/500,自2013年3月28日投運(yùn)以來(lái),氫(H2)和甲烷(CH4)不斷增長(zhǎng),投運(yùn)3個(gè)月后增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯,6個(gè)月后氫超過規(guī)程注意值150μL/L,且(CO、CO2、C2H6)也有不同程度的增長(zhǎng)。2014年以來(lái)H2組份增長(zhǎng)速度明顯加快,8月29日色譜分析氫(H2)已經(jīng)達(dá)到304μL/L,超過注意值一倍,甲烷(CH4)達(dá)到22μL/L。在線色譜檢測(cè)裝置發(fā)二級(jí)報(bào)警信號(hào)。
2015年2月10日,因電網(wǎng)方式變化,#1主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用,方式變化前離線色譜分析氫(H2)達(dá)457μL/L。3月4日,#1主變由熱備用轉(zhuǎn)運(yùn)行,此時(shí)色譜分析氫(H2)已經(jīng)達(dá)到466μL/L。3月18日,#1主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備用。
為進(jìn)一步排查問題,2015年5月5日,申請(qǐng)將#1主變由熱備用轉(zhuǎn)為運(yùn)行,離線色譜分析氫(H2)達(dá)497μL/L。
2 故障判斷
針對(duì)油中氫(H2)不斷增長(zhǎng)的問題,對(duì)油進(jìn)行了油耐壓和微水含量測(cè)試,試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi),由于伴隨甲烷等氣體的產(chǎn)生,檢修人員懷疑存在放電現(xiàn)象。2015年5月6日,檢修人員使用JD-S100型變電站局放帶電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)#1主變A相進(jìn)行測(cè)試。
測(cè)試過程:采用高頻、特高頻和超聲法對(duì)#1主變A相進(jìn)行測(cè)試,在#1主變A相上測(cè)得異常的超聲信號(hào),但未測(cè)得異常的高頻及特高頻信號(hào)。采用多個(gè)超聲傳感器進(jìn)行同步測(cè)試,綠色、紅色、紫色標(biāo)識(shí)的超聲傳感器分別粘貼在變壓器的外壁上,對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果用相同的顏色來(lái)標(biāo)識(shí)。
為進(jìn)一步確定超聲信號(hào)源的位置,在變壓器箱體的西側(cè)外壁上粘貼多個(gè)傳感器進(jìn)行同步測(cè)試,首先測(cè)試超聲信號(hào)沿著水平方向的變化情況,各傳感器的具體位置及測(cè)試并得知,超聲信號(hào)源應(yīng)靠近紫色標(biāo)識(shí)的傳感器,結(jié)合變壓器的結(jié)構(gòu),超聲信號(hào)源應(yīng)位于中性點(diǎn)套管與箱體中心線之間的區(qū)域。
接下來(lái),測(cè)試超聲信號(hào)沿著垂直方向的變化情況,測(cè)試照片及典型的測(cè)試結(jié)果,由此得知,靠近外壁中間位置的超聲信號(hào)幅值較大,且在時(shí)間上中間位置的超聲信號(hào)超前于其它位置,因而,超聲信號(hào)源應(yīng)靠近外壁中間位置,該信號(hào)由局放產(chǎn)生。經(jīng)過多次移動(dòng)超聲傳感器對(duì)比測(cè)試,最后確定超聲信號(hào)源應(yīng)位于靠近變壓器西側(cè)外壁中間位置,位于油箱中心線與中性點(diǎn)套管之間的區(qū)域。
3 處理措施
確定內(nèi)部存在放電之后,結(jié)合停電對(duì)故障主變進(jìn)行處理,與廠家溝通后決定采用熱油循環(huán)的處理措施,處理過程如下:
(1)變壓器停電后,使用高真空濾油機(jī)采用上進(jìn)下出的方式對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán),循環(huán)時(shí)濾油機(jī)出口油溫65±5℃,至頂層油溫至45℃后停止循環(huán)。
(2)使用油泵對(duì)本體快速放油,至放空,放油過程中持續(xù)充入熱干燥空氣(加熱溫度不小于35℃),干燥空氣露點(diǎn)不小于-40℃。
(3)當(dāng)環(huán)境溫度大于等于20℃,對(duì)本體進(jìn)行抽真空,真空度不小于40Pa;當(dāng)環(huán)境溫度低于20℃,向本體內(nèi)部注入本體一半的油量,并立即對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán),循環(huán)時(shí)濾油機(jī)出口油溫65±5℃。如此反復(fù)進(jìn)行不少于兩天的時(shí)間后,將本體內(nèi)部變壓器油注至溫度曲線要求后,停止注油。
(4)再次對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán),使用高真空濾油機(jī)采用上進(jìn)下出的方式對(duì)本體進(jìn)行熱油循環(huán),循環(huán)時(shí)濾油機(jī)出口油溫65±5℃,取油樣化驗(yàn)合格后停止循環(huán)。
(5)靜放72小時(shí)后進(jìn)行常規(guī)及局放試驗(yàn),各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)。
4 原因分析
變壓器無(wú)論是熱故障還是電故障,都會(huì)導(dǎo)致絕緣介質(zhì)裂解產(chǎn)生一些特征氣體,其中,氫氣是各種故障氣體的主要成分之一;氫氣超標(biāo)的主要原因有以下幾點(diǎn)[1,2]:環(huán)己烷脫氫反應(yīng)、變壓器進(jìn)水受潮使金屬物發(fā)生銹蝕反應(yīng)、變壓器油發(fā)生低溫?zé)峤庖约鞍l(fā)生局部放電等。
本案例變壓器油中產(chǎn)生大量的氫氣,同時(shí)產(chǎn)生甲烷(CH4)、乙烯(C2H6)等低碳烴,氫氣(H2)的增長(zhǎng)過程都與甲烷(CH4)顯著相關(guān),且超聲波局部放電測(cè)試明顯檢測(cè)到放電信號(hào),能量較低所以色譜分析中沒有發(fā)現(xiàn)乙炔(C2H2);經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間熱油循環(huán)恢復(fù)正常,說(shuō)明不存在固體絕緣損壞情況;綜合以上情況判斷,此次氫氣(H2)超標(biāo)主要由于變壓器絕緣紙烘干效果不好,存在一定水分,投運(yùn)后,內(nèi)部產(chǎn)生低能量的局部放電,進(jìn)而氫含量才不斷增長(zhǎng)。
5 建議
變壓器在正常運(yùn)行中總會(huì)產(chǎn)生一些氫氣,在變壓器出現(xiàn)異?;蚬收瞎r時(shí),氫氣作為最基本的特征氣體會(huì)首先發(fā)生變化,因此發(fā)現(xiàn)變壓器油出現(xiàn)氫氣(H2)超標(biāo)時(shí),不要盲目根據(jù)某一數(shù)值下定論,首先要綜合考慮變壓器運(yùn)行工況、檢修記錄、巡檢記錄和運(yùn)行記錄,綜合設(shè)備的各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷;其次要縮短檢測(cè)周期,關(guān)注故障的發(fā)展劣化趨勢(shì);再次,在故障判別時(shí)要積極關(guān)注變壓器油中分解出與故障性質(zhì)和故障嚴(yán)重程度相關(guān)的各種氣體,通過這些氣體的種類、含量和數(shù)量變化趨勢(shì)可以準(zhǔn)確判斷出故障原因,最終進(jìn)行有效處理,保障設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
參考文獻(xiàn):
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