第11期（总第152期)_______________________________中
IB水會控及电气化___________________________No. 11 (TOTAL No. 152)
China Water Power & Electrification Nov., 2017
DOI: 10.16617/j.cnki.11-5543/TK. 2017.011.007
7 水电站技术
油浸式变压器铁芯多点接地故障诊断与处理
任仲伟王旭王福文
(黄河万家寨水利枢纽有限公司万家寨水电站，山西忻州036412)
【摘要】万家寨水电站2号主变压器运行至2015年，在进行第一季度、第二季度油中溶解气体色谱分析时， 发现变压器内部存在高温过热故障，对铁芯进行绝缘电阻测量，阻值为0
'&本文通过对万家寨水电站220MV大
型油浸式变压器铁芯多点接地故障的处理，阐述了如何运用变压器油中溶解气体色谱分析、电气性能试验等方 法，进行故障诊断和识别，并介绍设备故障的处理方法，供参考。【关键词】变压器；铁芯多点接地；故障处理
中图分类号：TV73
文献标识码：& 文章编号：1673-8241 (2017) 011-0024-05
Diagnosis and Solution of Iron Core Multipoint Earthing Faults ofOil-immersed Transformer
(Yellow River Wanjiazhai Water Multi-purpose Dam Project Co., Ltd. Wanjiazhai Hydropower Station，Xinzhou 036412, China %Abstract! Wanjiazhai Hydropower Station 2# main transformer is operated till 2015. It is discovered that high temperatureoverheating faults are available in the transformer during gas dissolved in oil chromatographic analysis in the first quarterand the second quarter. The iron core insulation resistance is measured, and the resistance value is 0 In the to utilize transformer gas dissolved in oil chromatographic analysis, electric performance test and other methods for diagnosis and recognition is described through solving iron core multi-point earthing faults of Wanjiazhai Hydropower Station 220kV large oil-immersed transformer, and the equipment fault solutions are introduced as reference for you.Key words: transformer; iron-core multi-point earthing; fault solution
万家寨水电站2号主变压器，型号为SSP10- 225000/220，容量 225000kVA，额定电压 242 x(1 ± 2.5')/15.75kV，额定电流537/8248A，冷却方式为 强油水冷，采用无载调压方式，由西安变压器厂制 造，于1999年7月投运。其中2011年4月2号主变
压器高压侧FFp气体绝缘开关B相发生接地故障，随 后按照《电力设备预防性试验规程》（DET 596— 2005)要求进行了一系列常规和专项试验，试验数据 满足规程要求。
该变压器运行至2015年，在进行第一季度、第
REN Zhongwei, WANG Xu, WANG Fuwen
24
二季度油中溶解气体色谱分析时发现变压器内部存在 高温过热故障，随后对铁芯进行绝缘电阻测量，阻 值为0'。
1故障分析
绝缘油要求具有良好的绝缘性、热传导性和抗 氧化安定性才能保证变压器安全、稳定运行，因 此，定期取样进行化验，了解油质在运行中的状 态，才能实时掌握变压器运行工况和健康水平。通 过水分测试，击穿电压、介质损耗因数、闪点等常 规试验可量化检验出绝缘油的劣化程度，通过油中 溶解气体色谱分析可判断出绝缘油劣化的原因，从 而达到对器身内部各类故障进行预测、诊断并跟踪 其发展趋势，防止恶性事故发生的目的。油中溶解 气体色谱分析在变压器故障预知、故障诊断方面具 有明显的作用。万家寨水电站％号主变压器加装了 变压器油色谱在线监测系统，从原来的定期检测改 进为实时状态监测。
1.1
油中溶解气体色谱分析
油中溶解气体色谱分析方法主要有特征气体组分
法、产气速率法以及更为有效、精确的比值法，其循 序渐进、相互影响。绝缘油色谱分析报告见表1、 表2。
表
1 2015年第一季度油色谱分析报告
站名万家寨水电站
设备名称2号主变压器电压等级220kV容量225000kVA取样日期
2015年3月23日
试验单位
内蒙古电科院
测定结果/((L/L)
H%14.9C0
1285. 6co23025. 1ch4
35. 1C%Hp8. 8C%+4
23.4c2h2
0.5总烃
67.7
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水电站技术
表
2 2015年第二季度油色谱分析报告
站名
万家寨水电站
设备名称2号主变压器电压等级220kV容量225000kVA取样日期
2015年6月24日
试验单位
内蒙古电科院
测定结果/((L/L)
+2
17.4C01686. 8C02
4468. 4ch4
46.3C%+611.9C%+4
40.8c2h2
0.58总烃
90.2
1. 1. 1 特征气体组分法
变压器内部故障主要分为过热故障和放电故障两 种，利用特征气体组分法可对故障类型进行初判。变压器不同故障情况与特征气体的对应情况见表3。
表
3
变压器油溶解气体组分与故障判断
故障类型主要气体成分
次要气体成分
进水受潮或油中
有气泡+2—油老化C0、co2
—油过热ch4
C%+4
油和纸严重过热ch4、c2h4、C0
、co2
+2、C%Hp油纸绝缘局部放电h2、ch4C%H%、C0、C%Hp
油中火花放电
ch4、c2h2、h2
—油中电弧H%、C2H2、CH4
C%+4、C%Hp油和纸中电弧
h2、c2h2、C0
、co2
CH4、C%Hp、C%Hn
变压器内部的绝缘材料主要为油、纸及纸板。绝 缘油长期在电和热的作用下，逐渐劣化分解。试验表
明：随着故障部位温度的不断升高，绝缘油裂解产生 的特征烃类气体次序为：ch4、c2h6、c2h4、c2h2。 当发热温度低于300°C时，绝缘油内部产生h2和低分 子烃类气体，其中主要特征气体为C+和c%h。当过 热温度在300〜700C时，C%H气体易分解成C%H和 H%，且两种气体同时产生。此时主要特征气体为 C%H和CH，次要气体组分为C%H和H。当热过温
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水电站技术
Hydropower Station Technology
度高于700°C时，器身内部常伴随放电异常，C2H2逐 渐成为主要特征气体，故障点温度越高，越容易生成 C%H%气体，但其含量一般不大于C%H6的10'。此外， 热故障还会产生大量的C0和CO%气体，两种气体长 期积累，含量较多。
绝缘纸及纸板主要成分为纤维素，其裂解的有效 温度高于10TC，完全裂解和碳化的有效温度高于 300C。纤维素热分解的气体组分主要为C0和C0%， 同时温度与C0/C0%比值成正比。
由表1、表2可以看出，C%H%气体含量最少， C%Hp和H%气体含量次之，C+和C%H4气体含量大体 相同，C0和C0%气体长期累积，含量最高。主要气 体成分为C0、C0%、CH4、C2H4,次要气体成分为 H%、C%H6,结合表3可初步判断变压器内部存在绝缘 油老化以及油、纸严重过热故障，局部过热温度在 300C以上。1. 1.2
产气速率分析法
产气速率分为绝对产气速率和相对产气速率两 种。绝对产气速率，即每运行日产生某种气体的平均 值（注意值及计算值见表4)。相对产气速率，即每 运行月某种气体含量增加占原有值的百分数的平均 值。产气速率分析法能更直观地反映出故障的发展趋 势和发展速度，当达到或超过注意值时，说明变压器 内部故障发展较快，可提前帮助专业人员作出判断， 防止故障迅速扩大无法控制。
表
4
产气速率注意值和计算值
绝对产气速率注意值和计算值
气体组分注意值计算值总烃128. 85C2H20.20.03H2100.98C0100524. 43C02
200
567. 76
相对产气速率注意值和计算值
气体组分注意值计算值总烃
10
11.08
26
油中绝缘介质老化会产生气体，但速率是非常缓 慢的。通常过热故障和放电故障的产气速率不同，过 热故障相对较慢。过热故障与放电故障的特征气体增 长速率也不相同，过热故障中C2H4和CH增长较快， 放电故障中C2H增长较快。分析表1、表2可知， C2H4增长了 74'，CH增长了 32'，而C2H本身含 量就很低，较前次取样增长了 16'，H增长了 17'。 由表1、表2和表4可知，总烃的绝对产气速率未超 过注意值，但C2H4和CH增长仍较快，同时总烃的相 对产气速率为11. 08'，超过规程要求的10'。依据 产气速率分析，可判断出近期变压器内部的过热故障 发展较快。
1.1.3 三比值判断法
现今推广使用的主要是改良后的三比值法，数据 统计故障判断准确率在80'以上。绝缘油内特征气 体组分含量以及相对产气速率超过注意值，利用三比 值法可更为准确地判断故障部位。按照表2计算得出 K1:C2H2/C2H4 =0.01 为编码 0$ K2:CH4/H2 =2.66 为 编码2$ IX^H/CsHp =3.43为编码2,参照表5进 一步得出变压器故障类型为高温过热，具体故障有可 能是分接开关接触不良、层间绝缘不良、铁芯多点接 地引线夹件螺丝松动或接头焊接不良局部短路等（见 表5 )〇
表
5
故障性质判断
编码组合
K类型判断实
例
K
0
1
低温过热 (低于150C)绝缘导线过热
20
低温过热
分接开关接触不良，层 (150 -300C)间绝缘不良，铁芯多点 21
中温过热 接地，引线夹件螺丝松 0
(300 -700C)动或接头焊接不良，渦 0, 1，22
高温过热 流引起铜过热，铁芯漏 (高于700C)磁，局部短路等10
局部放电
高湿度，高含气量引起 油中的局部放电
2
0, 1，2电弧放电兼过热
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水电站技术
1.2电气性能试验
针对上述故障实例，需进行针对性的电气性能试 验。分接开关主要安装于高压绕组部位，接触不良时 会导致绕组变比和直流电阻发生变化，对试验数据进 行横比和纵比，可发现其是否存在异常。然后分析绕 组可能存在的问题，即匝间短路、层间绝缘不良泄漏 电流增大、局部涡流过热或接头处过热等，匝间短路 会导致绕组直流电阻与变比值发生变化，绝缘不良、 局部过热会导致泄漏电流和介质损耗增大。最后分析
表
试验项目绝缘电阻高压绕组低压绕组铁
芯
日期2015年7月14日2015年7月14日2015年7月14日
日期2015年7月14日
26. 8
2015年7月14日
日期2015年7月14日
26. 8
2015年7月14日
日期2015年7月14日2015年7月14日
油温/n26. 826. 8油温/n油温/n26. 8油温/n
铁芯、夹件以及局部磁通形成回路过热的问题，铁 芯、夹件都仅允许一点接地，可通过绝缘电阻试验进 行验证。部分变压器钟罩与基础、钟罩与封闭母线、 套管等存在漏磁现象，可导致局部过热，现场用红外 测温仪进行整体测试，未发现局部过热点。表P中变 压器铁芯绝缘电阻值为〇'，可证实铁芯存在多点金 属性接地故障，随后安排变压器停运进行器身内部检 查处理。
6
电气性能试验
试验数据/M'
B15英寸7310034900
B60英寸139300637000试验数据/(A
0.40.2
5x/nF16.2235.45
试验数据/m'
A0： 183. 1ab: 1.391
B0:183. 1bc: 1.392
C0:183.4ca: 1.392tan\"/%0. 1980.295
吸收比1.911. 83
泄漏电流高压绕组低压绕组介
损
高压绕组低压绕组直流电阻高压绕组低压绕组结论
铁芯绝缘电阻值不合格，其它试验项目数据合格
2
\"
故障处理
故障部位确定
对主变压器排油，专业人员进入人孔，用工业内
窥镜进行各部位检查。重点检查铁芯和夹件肢板的接 触情况，矽钢片是否有波浪鼓起，矽钢片是否有窜 出，上下夹件与铁芯、铁芯柱与拉板、下铁轭与器身 底部有无异物桥接短路等。在进行铁芯上铁轭夹件肢 板部位排查时，发现有多处矽钢片窜出，部分已接触 导通（见图1〜图3)。
图
1
铁芯上铁轭矽钢片窜出
27
水电站技术
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图,铁芯多点接地故障部位
图3
铁芯多点接地故障部位放大图
2.2故障处理过程
现场使用吊钩、钢丝绳等对夹件进行悬挂保护， 接着缓慢松开上夹件紧固螺栓，但不能完全脱开。然 后用千斤顶将两侧夹件肢板横向撑开，用专用工具对 上铁轭部位窜出的矽钢片进行复位整理，平整后沿内 侧纵向垫入绝缘纸板，最后紧固夹件螺栓。同时对其 余部位的铁芯和夹件肢板进行了垫板加固处理。处理 过程见图4、图5。
图4
铁芯上夹件横向撑开
28
图5
上夹件铁芯矽钢片复位
2#
故障处理效果
主变压器回罩、抽真空、注油静置后，电气性能
试验和油色谱试验数据均满足规程要求，设备至今运 行正常。
3结语
运行经验表明：铁芯接地故障已成为变压器频发
性故障之一，它在变压器总事故中可占到30'〜
50'，列第三位，应引起足够重视。对于大型油浸式 变压器内部存在的潜伏性故障，油中气体色谱分析方 法具有比较高的灵敏度，能较早地发现并进行故障定 位，结合各类检查和电气性能试验进行综合分析，可 对故障部位作出准确判断，此次处理经验可供存在类 似问题的电力企业参考。#参考文献
[1] GB/T 573—2010电力变压器检修导则[S].北京：中国电力出
版社，2010.
[2 ] GB/T 14542—2005运行变压器油维护管理导则[S ].北京：中
国标准出版社，2005.
[3] DL/T 417—2006电力设备局部放电现场测量导则[S].北京：
中国电力出版社，2006.
[4] *B 1094. 3—2003电力变压器第3部分绝缘水平、绝缘试验
和外绝缘空气间隙[S].北京：中国质检出版社，2003.
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