1　概述 　　福建水口水電廠安裝有7臺240　MVA SFP9-240　000/220型242±2×2.5％/13.8　kV主變壓器，聯(lián)結(jié)組別為YN.d11，無激磁調(diào)壓，強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻（ODAF）。其中，6號主變（原2號主變）自1994年2月投運(yùn)以來，曾經(jīng)歷過兩次出口短路：1994年3月3日，高壓側(cè)出口A相接地和同年5月14日高壓側(cè)出口三相短路。主變運(yùn)行不足3個月，油色譜分析總烴含量超過注意值150 ppm，而且增長速度較快。主變油中溶解氣體色譜分析數(shù)據(jù)見表1。 　　表1　主變投運(yùn)初期油色譜分析數(shù)據(jù)（ppm） 　　Tab.1　Statistical data of electricity consumption 　　per capita in Northeast China region in 1995 　　取樣日期 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C1＋C2 運(yùn)行時間 　　94-02-04 痕 45 190 1.6 痕 0.6 0 2.2 72小時 　　94-03-07 14 140 530 6.6 26 1.4 0 34.0 1個月 　　94-05-11 73 290 1200 110.0 41 190.0 0 340.0 3個月 [b]2　故障分析 [/b]　　機(jī)變?yōu)閱卧泳€，機(jī)組容量 222.2　MVA，故主變?yōu)榉菨M負(fù)載運(yùn)行。變壓器運(yùn)行油溫一般在50℃左右。5月14日發(fā)生主變出口短路，短路電流倍數(shù)為2.9，持續(xù)時間約 0.15　s，遠(yuǎn)小于變壓器允許的短路電流及其持續(xù)時間。 　　對油中氣體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)總烴含量較高，C2H 2＜5 ppm，為一般過熱性故障；按“三比值法”分析：C2H2/C2H4＝0，CH4/H2＝1.5，C2H4/C2H6＝4.6，（0，2，2）編碼，為高于700℃高溫范圍的熱故障；CO2/CO＝1200/290＝4.1 （高于3而低于11），一般可排除絕緣故障，而從其后的糠醛含量測試，也可判定固體絕緣材料未發(fā)生整體老化或局部劣化；產(chǎn)氣速率：主變投運(yùn)1個月時，其絕對產(chǎn)氣速率ra＝1.5 ml/h，相對產(chǎn)氣速率rr＝1350％/月；投運(yùn)3個月，ra＝7.4 ml/h，rr＝450%/月。應(yīng)該說，絕對產(chǎn)氣速率更能直接反映故障點(diǎn)的情況。 　　主變出口短路后、恢復(fù)運(yùn)行前的3次油色譜分析數(shù)據(jù)見表2。 　　表2　主變出口短路后油色譜分析數(shù)據(jù)（ppm） 　　Tab.2　　Regional ROVTUE 　　取樣日期 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C1＋C2 ra （ml/h） 　　94-05-16 77 310 1200 120 44 210 0.8 370 7.4 　　94-05-20 95 360 1200 130 55 220 1.2 400 10.3 　　94-05-22 76 340 1300 140 64 230 1.1 430 26.6 　　從表2可以看出：主變事故前后的產(chǎn)氣速率基本不變，事故對油中氣體含量的變化無直接影響；油中氣體擴(kuò)散比較慢，事故一周后總烴含量還在增長，故障部位應(yīng)當(dāng)是油循環(huán)不良之處。由以上分析可以判斷主變內(nèi)部存在過熱性故障，但故障部位和嚴(yán)重程度尚不明晰。 　　變壓器內(nèi)部過熱性故障的診斷是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。故障類型與故障部位有密切關(guān)系，不同的故障點(diǎn)反映出的故障類型不一樣。故障判斷的影響因素有設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響、輔助設(shè)備故障的影響，還有其它因素的影響。變壓器的冷卻系統(tǒng)不容忽視，尤其是潛油泵故障對油中氣體有很大的影響。 　　采取的對策仍然以油色譜分析為主，相應(yīng)縮短檢測周期，輔以必要的電氣試驗(yàn)，并及時安排冷卻器的潛油泵檢查，以免受外圍故障干擾，造成誤判斷。 　　先通過電氣試驗(yàn)來判別變壓器線圈和鐵芯故障與否。試驗(yàn)結(jié)論為主變絕緣電阻和直流電阻均正常。為監(jiān)視主變內(nèi)部故障的變化，又進(jìn)行了油中溶解氣體、水份、糠醛和金屬含量等4個項(xiàng)目的檢測。結(jié)果是：油中含水量為7.0 ppm，與投產(chǎn)前相比無明顯變化；油中糠醛含量投運(yùn)前、后均為0.002 mg/l；油中金屬含量如表3所示。 　　表3　油中金屬含量測試結(jié)果　　　單位：μg/g 　　Tab.3　Statistical data of ROVTUE of primary, 　　secondary and tertiary industries 　　樣 品 鐵 銅 鋁 試驗(yàn)日期 　　5.30 0.46 1.27 0.43 94-06-01 　　6.14 0.57 1.40 0.60 94-06-16 　　主變5月23日恢復(fù)運(yùn)行的兩個月中，取樣24次共進(jìn)行了56個樣品的測試（包括主變下部放油閥、氣體繼電器和潛油泵出口等處油樣）。歷次氣體分析典型數(shù)據(jù)見表4。 　　表4　主變恢復(fù)運(yùn)行后油色譜分析典型數(shù)據(jù)（ppm） 　　Tab.4　Statistical data of ROVTUE of 5 material production 　　departments in Northeast China region in 1995 　　取樣日期 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C1＋C2 ra/（ml/h） 　　94-05-26 　89 363 1475 145 57 260 1.2 460 66.4 　　94-06-02 115 410 1600 180 60 340 1.9 580 95.9 　　94-06-06 120 400 1500 180 67 355 1.8 605 29.5 　　94-06-10 125 425 1700 200 66 370 1.9 635 66.4 　　94-06-22 130 390 1700 200 72 390 1.3 660 　2.8 　　94-06-30 135 470 1850 230 83 420 1.4 735 41.8 　　94-07-11 135 510 1550 250 82 415 1.0 750 18.4 　　從表4可看出，油中總烴含量超過注意值，且以CH4和C2H4為主，但CO和CO2含量不高，按“特征氣體法”、“三比值法”和“三角譜圖法”，判明內(nèi)部存在裸金屬局部過熱故障?；谟椭蠧2H2含量很小，估計(jì)熱點(diǎn)的溫度不高于700℃。根據(jù)油中氣體用“三比值法”對CO和CO2及C2H2的變化情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明故障性質(zhì)和能量都未發(fā)生變化。 　　以后的跟蹤監(jiān)測結(jié)果也表明，主變內(nèi)部故障仍在繼續(xù)發(fā)展，但速率漸趨平緩。主變投運(yùn)以來，負(fù)荷變化不大，油中氣體的變化可能與冷卻器的運(yùn)行方式（即潛油泵的投入與否）有關(guān)。主變運(yùn)行近兩個月，產(chǎn)氣速率ra＝13　ml/h，rr＝65%/月。 　　該主變（2B）與先期投運(yùn)的1號主變（1B）型號完全相同，負(fù)荷也相差無幾，1號主變和2號主變的24　h油溫變化如表5所示。 　　表5　1號和2號主變24　h油溫變化 　　Tab.5　Statistical data of ROVTUE of 9 typical industries 　　in Northeast China region in 1995 　　時間/h 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 平均 　　1B /℃ 50 49 47 46 52 53 53 54 54 54 54 53 51.4 　　2B /℃ 50 49 48 47 53 54 54 58 58 58 56 55 53.1 　　負(fù)荷/MVA 207 208 206 211 214 214 214 219 219 217 213 210 213 　　日期：1994-06-07；　氣溫：35/27℃ 　　從表5中可以看出，2號主變平均油溫比1號主變高1～2℃，氣溫高時差別較大，達(dá)4℃?？梢?，2號主變冷卻器效率偏低。經(jīng)觀察，懷疑其油泵流量未達(dá)到額定值（135　m3/h）。而且，2號冷卻器潛油泵出口油流聲音也不大正常。測量冷卻器油泵電流時發(fā)現(xiàn),2號潛油泵工作電流偏大，而且起動電流下降較慢，即起動過程比較長。3號油泵則啟動電流較大。 　　根據(jù)以上觀察，結(jié)合電氣試驗(yàn)和色譜數(shù)據(jù)分析，可判斷2號冷卻器潛油泵存在故障的可能性極大。 [b]3　潛油泵解體檢查及故障分析 [/b]　　冷卻器潛油泵型號為4B2.135-4.5/3 V。與主變一同計(jì)劃停運(yùn)，更換了2號、3號潛油泵，繼而進(jìn)行潛油泵解體檢查及故障分析。解體檢查發(fā)現(xiàn)2號潛油泵電機(jī)轉(zhuǎn)軸靠鐵芯的兩端嚴(yán)重過熱，燒黑發(fā)藍(lán)；非葉輪端軸承（E307）內(nèi)圈脹裂。根據(jù)轉(zhuǎn)軸過熱的程度，估計(jì)溫度在500～600℃；而從轉(zhuǎn)軸熱漲，導(dǎo)致軸承脹裂的溫度差約150℃，推算其熱點(diǎn)溫度也在500℃以上。這與油中氣體色譜分析的溫度基本一致。3號潛油泵電機(jī)轉(zhuǎn)軸也存在程度稍輕一些的過熱現(xiàn)象。 　　故障原因：外觀檢查，電機(jī)轉(zhuǎn)子鑄鋁質(zhì)量欠佳，導(dǎo)條與端環(huán)整體性較差；轉(zhuǎn)子過熱系轉(zhuǎn)子斷籠條引起。由于轉(zhuǎn)子斷條，電機(jī)起動轉(zhuǎn)矩降低，故帶負(fù)載起動的過程就比較長；電機(jī)滿載運(yùn)轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速降低，致使油泵流量減小；電機(jī)振動引起油泵運(yùn)行噪音增大。這些與運(yùn)行觀察分析的結(jié)果是吻合的。 　　更換2號、3號潛油泵之后，主變又運(yùn)行3個月，進(jìn)行了24次50個油樣的氣體分析。油中總烴含量從820 ppm增長至1100 ppm，其產(chǎn)氣速率ra＝4.3 ml/h，rr＝10％/月。其中主要是CH4和C2H4，C2H2基本不變，油中糠醛少，鐵和銅的含量略有增加，鋁的含量無明顯變化。顯而易見，主變內(nèi)部仍存在局部過熱故障點(diǎn)。 　　基于當(dāng)時油中氣體含量比較高，結(jié)合主變小修，對變壓器油進(jìn)行真空脫氣處理。主變投運(yùn)后，總烴含量仍逐有增長。變壓器線圈變形試驗(yàn)結(jié)果表明，三相線圈頻率響應(yīng)特性一致性較好，相互間的差值較小。結(jié)論：線圈未發(fā)生明顯變形。為縮小故障可疑范圍，主變冷卻器以（1號，4號）、（2號，3號）、（1號，3號）和（2號，4號）分組運(yùn)行。經(jīng)進(jìn)一步考察試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)1號、4號潛油泵也存在故障。結(jié)合主變汛前檢修，更換了1號、4號潛油泵。 　　解體檢查結(jié)果：1號潛油泵電機(jī)轉(zhuǎn)軸非葉輪端靠鐵芯處嚴(yán)重過熱，燒黑發(fā)藍(lán)；而4號泵電機(jī)轉(zhuǎn)軸兩端靠鐵芯處都有過熱現(xiàn)象。 　　綜上分析認(rèn)為，主變的4臺潛油泵均存在不同程度的電機(jī)轉(zhuǎn)子過熱，其中尤以2號泵為甚。從主變故障產(chǎn)生氣體（C1＋C2）的總量來看，排除潛油泵故障的減量抵消不了同時存在的另一故障點(diǎn)的增量，說明該故障點(diǎn)還有所發(fā)展。 [b]4　變壓器吊罩檢查處理 [/b]　　排除主變的潛油泵故障后，注意到低壓線圈三相直流電阻不平衡，并已超過注意值?？赡艽嬖贏相低壓線圈引線接觸不良，或是引線與銅排焊接質(zhì)量問題，也可能存在鐵芯局部短路故障。 　　主變吊罩后檢查、試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)A相低壓線圈引線及焊接處的過熱跡象，而且鐵芯各部位絕緣良好，但發(fā)現(xiàn)A相低壓線圈引線銅排距油箱只有70 mm（設(shè)計(jì)值應(yīng)為100 mm）；靠近A相低壓線圈下部引線處的3塊油箱磁屏蔽板有過熱變色現(xiàn)象，其絕緣膠烤焦、開裂、起層，下節(jié)油箱低壓側(cè)有3處黑色碎屑沉淀，數(shù)量還比較多。沉積物經(jīng)紅外光譜分析（ICP法），主要成份是碳?xì)滹柡蜔N、二氧化硅及其它金屬氧化物。測試結(jié)果如表6所示。 　　表6　沉積物紅外光譜分析結(jié)果 　　樣品號 銅 鐵 鋁 燒失量/% 　　A 0．182 22．020 0．144 33．15 　　B 0．742 25．920 0．156 19．50 　　根據(jù)變壓器漏磁計(jì)算，屏蔽內(nèi)最大軸向磁通密度為0.43246 T（有效值），屏蔽內(nèi)未達(dá)到飽和。現(xiàn)場分析認(rèn)為，由于油箱磁屏蔽與載流銅排間距偏小及磁屏蔽固定位置的絕緣不良，因而形成封閉回路，導(dǎo)致過熱故障。 　　紅外成像測溫表明，主變低壓側(cè)A相線圈下部的溫度比上部高10℃左右。用手觸摸箱壁也有明顯感覺。而且，溫度較高的位置正好是A相低壓線圈下部引出線接頭處，而接頭經(jīng)測試和吊罩觀察未發(fā)現(xiàn)開焊過熱跡象。 　　經(jīng)分析，認(rèn)為低壓側(cè)A相引出線與銅排的焊接頭距油箱磁屏蔽只有30　mm，比原設(shè)計(jì)小10　mm。該處通過的相電流約5800 A，由于距離較小，通過磁屏蔽硅鋼片的漏磁通量增大，因而有可能引起硅鋼片過飽和而發(fā)熱；若硅鋼片多點(diǎn)接地，則也會因出現(xiàn)較大的環(huán)流而過熱。 　　下節(jié)油箱上沉積的碎屑，用磁鐵有少許能被吸起，說明含有磁性金屬顆粒，只有磁屏蔽硅鋼片表面的漆過熱脫落才可能有這種現(xiàn)象。 　　至5月中旬，主變已運(yùn)行1年多，特別是3月份以來，基本上滿負(fù)荷運(yùn)行（主變運(yùn)行初期因庫水位低而小負(fù)荷運(yùn)行），部分磁屏蔽長時間過熱導(dǎo)致表面漆炭化脫落，可能造成硅鋼片間絕緣破壞而增大損耗。為此全部更換了油箱磁屏蔽為板式結(jié)構(gòu)，并處理了A相低壓載流銅排與油箱距離，使之達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸，同時力求從根本上解決漏磁過熱問題。 　　經(jīng)以上處理，主變投運(yùn)后的色譜分析情況見表7。故障氣體分析表明：主變過熱性故障仍在進(jìn)一步發(fā)展，但與主磁通無關(guān)（空載運(yùn)行總烴不增長）。 　　表7　磁屏蔽過熱處理后油色譜分析數(shù)據(jù)（ppm） 　　取樣日期 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 C1＋C2 運(yùn)行條件 　　96-12-22 6.4 4.1 130 12 7.2 24 0 43 空載 　　96-12-26 38.0 10.0 130 100 47.0 170 0 320 負(fù)載150MW 　　96-12-30 480.0 16.0 200 490 540.0 1300 4.8 2440 負(fù)載200MW [b]5　低壓線圈故障診斷與處理 [/b]　　為了確診主變的熱故障部位，需重點(diǎn)查清A相低壓線圈電阻偏大的原因。歷次主變低壓線圈直流電阻測量值見表8，三次吊罩線圈相間直流電阻測量值見表9。 　　表8　主變低壓線圈直流電阻測量值（μΩ） 　　測試日期 A-B B-C C-A 相對誤差/% 　　92-07-30 1202 1192 1206 1.17 　　95-05-19 1182 1179 1200 1.77 　　95-06-05 1211 1206 1222 1.32 　　96-10-13 1225 1222 1252 2.43 　　96-10-20 1192 1173 1201 2.36 　　96-12-11 1139 1130 1161 2.71 　　表9　主變低壓線圈相間直流電阻測量值（μΩ） 　　測試日期 Ax By Cz 相對誤差/% 　　95-06-03 1778 1735 1719 3.38 　　96-10-18 1912 1840 1824 4.73 　　96-12-13 1905 1811 1811 5.10 　　由表中可以看出，主變低壓線圈三相不平衡系數(shù)逐漸增大。第三次吊罩檢查，磁屏蔽及各裸露的導(dǎo)電部位未見過熱點(diǎn)，而直接測量A相低壓線圈的相電阻，其偏差已增至5.10%，這足以說明A相低壓線圈內(nèi)部導(dǎo)電回路存在故障點(diǎn)。 　　將A相低壓線圈三螺旋122根并繞導(dǎo)線中的一半（61根）焊開一頭，測量每根導(dǎo)線的直流電阻，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有5根測量值偏小，詳見表10，并且每兩根導(dǎo)線的并聯(lián)值都大于單根導(dǎo)線阻值（0.　22Ω），見表11。 　　表10　部分單導(dǎo)線直流電阻測量結(jié)果（Ω） 　　編號 19 20 26 27 35 　　阻值 0.1776 0.1157 0.1537 0.1406 0.1216 　　表11　故障導(dǎo)線股間并聯(lián)電阻測量結(jié)果（Ω） 　　并聯(lián)導(dǎo)線 19-20 19-26 19-35 26-27 26-35 27-35 　　阻值 0.2726 0.3192 0.2940 0.2406 0.2615 0.2497 　　其中，5根導(dǎo)線阻值偏小，說明這5根導(dǎo)線線間絕緣損壞后，循環(huán)電流引起故障點(diǎn)的過熱，已造成導(dǎo)線過熱燒熔，截面變小，甚至嚴(yán)重的已燒斷。線圈內(nèi)部股間存在并聯(lián)短路，從整體電阻偏大來看，線圈內(nèi)部還存在股線開斷現(xiàn)象。 　　檢查更換下來的A相低壓線圈發(fā)現(xiàn)，下數(shù)第18匝并聯(lián)導(dǎo)線中有7根已燒損，有的截面燒熔大部分，有的導(dǎo)線抽出后即斷掉。斷股導(dǎo)線經(jīng)返廠化驗(yàn)和燒斷后的殘?jiān)治?，表明?dǎo)線本身材質(zhì)有問題，即導(dǎo)線內(nèi)含有雜質(zhì)。實(shí)際上，故障可能是由于導(dǎo)線中間端頭焊接處紙包絕緣不好或短路沖擊造成損傷引起。 6　故障原因分析 　　變壓器線圈在繞制、干燥、組裝等工序中，由于導(dǎo)線材質(zhì)缺陷、絕緣包扎不好、焊頭處理不當(dāng)、繞制壓裝工藝控制不嚴(yán)或套裝操作失當(dāng)?shù)仍?，常會造成變壓器線圈絕緣損壞而引發(fā)短路故障。尤其變壓器經(jīng)歷外部短路時所產(chǎn)生的機(jī)械振動力，可能會造成線圈變形或誘發(fā)線圈故障。 　　A相低壓線圈內(nèi)5根導(dǎo)線間的短路屬于“同位線間短路”。由于軸向漏磁通沿線圈幅向是變化的，并繞導(dǎo)線不同位置所交鏈的漏磁通大小不同，因而并聯(lián)導(dǎo)線間就存在電位差。當(dāng)同位導(dǎo)線線間發(fā)生短路時，將有循環(huán)電流流經(jīng)短路點(diǎn)引起發(fā)熱。另外，漏磁通的大小與變壓器所帶的負(fù)荷也有關(guān)，變壓器負(fù)載越大，過熱越嚴(yán)重，故障氣體增加的也越多，這與主變色譜分析的結(jié)果是吻合的。線圈股間絕緣故障也證實(shí)了初步分析中所提出的“故障部位應(yīng)當(dāng)是油循環(huán)不良之處”的看法。 　　應(yīng)當(dāng)指出，本臺主變先天存在的缺陷在油色譜分析中雖有察覺，但因測量線圈直流電阻的偏差并不大而被忽視，致使更難診斷線圈內(nèi)部的漸變故障。經(jīng)過近3年時間的運(yùn)行后，才逐漸發(fā)展到導(dǎo)線被燒熔，最后使線圈的直流電阻有明顯的偏差。 [b]7　結(jié)束語 [/b]　　由于該主變故障不是單一的，而是多重的、發(fā)展的，且潛在的主要故障點(diǎn)比較隱蔽，加上故障性質(zhì)的特殊性，因而綜合分析和判斷的難度很大。 　　經(jīng)過近3年的大量工作，進(jìn)行色譜跟蹤分析約500次，做了電氣及非電氣各種方法的測試、綜合診斷，在消除潛油泵轉(zhuǎn)子過熱、鐵芯極間絕緣不良，以及油箱磁屏蔽過熱故障之后，才逐漸查明A相低壓線圈股間既有短路、又有斷路的罕見故障?，F(xiàn)場進(jìn)行了更換低壓線圈，包括現(xiàn)場熱油噴淋真空干燥處理和全面的考核試驗(yàn)，困擾三年之久的主變內(nèi)部潛伏性熱故障才終于根除。 　　實(shí)踐證明，利用氣相色譜法分析油中溶解氣體檢測充油電氣設(shè)備內(nèi)部潛伏性故障，是一種十分有效的手段。當(dāng)油中故障特征氣體分析結(jié)果表明可能存在內(nèi)部故障時，再配合電氣試驗(yàn)及其它項(xiàng)目，進(jìn)行綜合分析。 　　綜合分析是一門學(xué)問。應(yīng)深入了解設(shè)備（包括其輔助設(shè)備），全面掌握安裝、運(yùn)行、檢修情況，以及設(shè)計(jì)、制造等有關(guān)資料；結(jié)合電氣、化學(xué)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷，即進(jìn)行全過程的系統(tǒng)分析。這樣，不僅有助于故障類型的判斷，也有助于對故障部位做出正確的估計(jì)。