大型变压器故障实例分析.ppt

大型变压器故障实例分析电气一次 彭桥神华广东国华粤电台山发电有限公司 1某抽水蓄能电厂500kV变压器故障变压器参数 容量 360MVA相数 三相 电压 500kV 20kV 投产 1992年 厂家 法国阿斯通该抽水蓄能电厂500kV1 2 主变是经GIS并通过600米高压电缆与系统连接 GIS出线及电缆与架空线连接处各有一组避雷器 系统一次接线图如附件 1 所示 变压器投运以来一直正常 1997年12月3日 例行油的检测中发现2 主变烃类气体上升幅度较大 且出现22 5ul L的乙炔 氢含量由11ul L上升到118ul L 并且在24小时后的复测中发现有明显的上升趋势 见附件2 经分析判断认为该变内部存在涉及固体绝缘的高能放电 所以 决定紧急停运该变压器 进行电气试验 结果常规试验数据正常 后来决定进行局部放电试验及局放定位测定 试验电压为1 5UN 时间定为1小时 第一种 绝缘放电性故障 试验结果如下 a A B相没有检测到局放信号 b C相在1 5UN时只出现一个很大的局放信号 瞬间消失 c 由于检测不到局放信号或信号不明显所以无法定位 d 第二次决定延长加压时间 试验电压为1 2UN预计试验时间3小时 进一步验证油中溶解气体含量 以检测内部故障情况 试验过程中在1 2UN时 约30分钟后 变压器内部传出放电声 立即停止试验后 进行变压器油色谱检测 发现大量乙炔 检测数据见附件 经研究决定对2 进行吊罩检查 2 主变故障期间 1 发电机正在进行大修 因此将1 主变与2 主变运行位置进行了对调 实际故障变压器为原2 主变压器 变压器现场吊检情况 吊检是在现场发电机房内进行的 解剖C相时发现如下情况 3 1C相高压引线高压均压罩外表发现放电黑点 放电路径向围屏延伸 引致围屏树枝状放电 放电路径一直向B相延伸并发现围屏有夹层起泡等现象 见附件 3 2在C相高压引线周围窗口的四层围屏有多处树枝放电现象 撕开围屏表层 发现中间有爬电痕迹 3 3C相线圈底部绝缘垫圈有树枝爬电现象 3 4B相线圈第一层围屏中部靠近C相处有放电痕迹面积约100mm2 3 5C相高压引线 U 形绝缘件处有爬电现象 线圈及撑条也有树枝状爬电现象 事故原因分析 吊检现象表明该次故障是由于变压器C相高压进线处保护屏蔽罩首先放电引起的 开始时发生的应是低能放电 这种放电会多次重复 导致绝缘缓慢损坏 最终进行变压器定期油色谱试验时检测出异常 引起此次故障的原因存在以下几种可能 1 1高压入侵波导致均压罩首先放电高压引线对入侵波比较敏感 由于该处阻抗 包括GIS 约为70 高频阻抗 入射波进入变压器绕组 高阻抗 时会在这一点发生反射 反射波与入射波叠加产生高频过电压 入侵波的来源有以下三种可能 a 特快传输过电压 VFTO GIS组合电器操作时 将在GIS内部产生特快传输过电压 VFTO 其频率很高 可达数兆赫兹 由于阻尼小 可维持高频振荡 衰减很慢 GIS断路器开断快 一般不会重燃 因而产生的特快传输过电压对设备影响较小 隔离开关动作速度慢 因而在开关的动静触头间有多次预击穿 燃弧 断开 再击穿 再燃弧的过程 伴随着每次的击穿 燃弧 断开过程都会产生多次幅值不等的特快传输过电压 VFTO 按当前IEC标准 变压器绝缘应能承受大约3 0P U雷电波 1 2 50 s 的冲击电压 而根据资料显示VFTO的最高电压不超过2 4P U 不到雷电冲击波的70 正常情况下 这个过电压不会损坏变压器主绝缘 但会使变压器绕组内电位梯度发生变化 对匝间绝缘影响较大 雷电冲击时 频率相当于20kHz 电位梯度的不均匀度为4 5 而VFTO频率为1 10MHz 不均匀度可达12 相当于70 雷电波幅值的VFTO电压作用于变压器端时 变压器绕组内的电压不均匀度已达到1 866P U 会引起匝绝缘的击穿 但故障变压器损坏部位并非匝间绝缘 而是围屏 撑条 垫圈 估计与VFTO不一定有关 b 雷电波入侵在500kV线路端安装了避雷器 GIS内亦安装了两组避雷器 在该变压器故障前4组避雷器都曾动作过 而C相避雷器的动作次数则比其它两相多 也就是说变压器在运行中很可能经受过雷电波的入侵 然而其幅值应小于避雷器的动作电压 c 操作过电压当投切变压器时会产生操作过电压 但根据投产前测得的过电压水平在1 15 1 2倍之间 比雷电冲击水平低得多 1 2第二种观点认为屏蔽罩设计上有缺陷 半径曲率小 解剖分析表明放电是因其引起的 屏蔽罩放电黑点也可能是出厂冲击试验遗留的 交接试验时没发现 然后在运行中长期处于低能放电 逐步发展为高能放电 1 3由于引线均压罩的缺陷 最高电场处均压效果降低 该处电场畸变 并在引线引出的围屏窗口尖角处产生边缘效应或尖端效应 在运行中产生低能放电 由于放电逐步发展为高能放电 泄漏电流剧增 发热严重 在绝缘件中会形成通道 损坏绝缘 并在固体绝缘中留下痕迹 运行中 油色谱试验检出乙炔及其它烃类气体说明绝缘开始损坏 而在局部放电试验中电压加致1 5Um 476 8kV 相间电压达715kV 这使得引线 均压罩绝缘表面产生强烈放电 造成绝缘严重损坏 在其表面形成树枝状放电痕迹 从油的色谱中可以看出局放试验后乙炔大量增加 另外 如果绝缘受潮 或是夹有杂质 泄漏电流会从夹层中通过 引起绝缘内部发热 而内部散热条件比表面差 所以形成了夹层树枝状放电 估计此次事故与绝缘干燥不彻底或纸板质量有关 2某变电站500kV主变B相事故 前言江门变电站1号主变为三菱生产 1987年投产后运行一直正常 2001年因出口短路造成对变压器的冲击 由于变压器抗短路能力不足 部分绕组线圈因扭曲发生短路 被迫停运 型号 SUB MRT 250000 500厂家 日本三菱出厂日期 1986年投运日期 1987年10月10日额定电压 HV 500000 V额定容量 HV 150000 200000 250000LV 230000 VLV 150000 200000 250000TV 15700VTV 30000 40000 50000 故障经过及检查 2001年4月17日 故障前 江门站SVC设备起停控制回路的中央处理单元故障 1主变低压侧15 7kVSVC设备停运 810开关和8101刀在分闸状态 2001年6月25日9时05分 站内人员在810开关和8101刀分闸状态下 更换厂家 SIEMENS 的SVC设备中央处理单元插件 9时53分对插件送直流电源时 SVC控制系统随即自动误发指令 引起SVC设备810开关及8101刀闸带负荷合闸 发生三相弧光接地短路 1主变变低过流保护动作 1主变三侧开关跳闸 根据录波图显示 主变低压15 7kV侧故障电流达A C相55 5kA B相69kA 持续时间为240mS 现场检查发现 1主变低压侧8101刀闸触头电弧烧伤 1主变B相压力释放阀冒油 故障后试验情况 油试结果未超标 B相中出现C2H2含量0 4 L L 绕组绝缘电阻测试 直流电阻测试结果正常 主变形变试验 三相相关系数在0 8 0 9 结论为低压绕组有轻度变形 综合全部试验结果 认为变压器可以投入运行 但必须在投运后的24小时取油样试验 以跟踪是否存在故障 绕组直流电阻 短路阻抗测试结果正常 2001年7月1日 根据试验结果 厂家认为 变压器线圈没有变形 但内部存在金属件过热 如夹件 铁芯或选择开关等部位 最好进入变压器内部检查 2001年7月3日 对变压器进行放油 发现油色污浊 油中有烧损绝缘纸的漂浮物 变压器油通过滤纸时留下有黑色碳粉 7月5日 进入变压器内部进行检查 检查结果为 1 变压器整体线圈没有产生变形及非正常撞坏 2 在低压TV绕组的G4组线圈 25 26线饼上部绝缘纸板有黑色痕迹 一直延伸到线饼下部 具体部位检查不到 3 在 24 25线饼两侧有一些纸板有裂纹 4 其它部位没有发现故障 按变压器绕组排列示意图如下 2001年8月15日 27日 在广州电力设备厂进行了吊检 经过内部拆引线 拆围屏 拆卸铁芯 拆卸线圈等工序 最后的检查结果如下 1 故障点在G4绕组的 25与 26线饼联结的部位 线圈连接为叠接 匝绝缘纸烧黑脱落 铜线露出 23与 24联结点也有一个点绝缘烧黑 铜线露出 烧损物掉入油箱底部 2 G4组线圈绝缘纸板有多处弯曲断裂 从故障点向纸板上部有碳粉痕迹 判断为碳粉顺油道附着在纸板上 3 铁芯与箱壳间的木板也有碳黑痕迹 判断为由于该处木板紧紧塞在铁芯与外壳之间 油冷却不到 长期对铁芯接触过热碳化所致 故障分析 由于受TV绕组出口短路冲击 B相故障电流达69kA 巨大的电动力作用使TV绕组G4组线饼的 25 26 22 23联结处的线匝发生扭转 破坏了包扎的纸绝缘 并由于绝缘距离不足发生局部放电 刚开始并没有产生完全匝间短路 间隙性火花放电熄灭后 仅在油中检测到微量C2H2 0 4 L L 在7月27日 28日变压器重投后 虽然产生了较大能量的电弧放电 以致使油中溶解气体含量急剧增加 但在变压器匝间放电后电弧熄灭 匝间仍没有发生金属性短路 因此在前后两次进行的电气试验中都没有发现异常 而变压器形变试验判断的轻度变形 与吊检结果相比 也判断正确 这说明故障的原因是变压器的抗短路能力不足 线圈连接工艺粗糙 变压器虽没有发生较大的变形 但由于局部线匝产生扭转匝间短路却造成了重大故障 该变压器为早期设计 在抗短路能力上有欠缺 对于今后的变压器已要求其提供详细的抗短路能力计算书 保证从设计到工艺都能满足电力系统的要求特别是线圈的连接要注意接头的平整 1某电厂220kV主变事故型号 SFP7 360000 220额定电压 242 20kV额定容量 360MVA相数 3接线组别 YN d11出厂编号 94B06082 1冷却方式 ODAF运行方式 发电机变压器组合生产厂家 沈阳变压器有限公司出厂日期 1994年7月 第二种绕组机械故障 该主变于1994年投产 2001年12月16日遭受低压侧三相出口短路冲击 经检查发现低压侧三相均有不同程度的幅向变形 为保证今后能安全运行 集团公司决定委托沈变厂更换三相低压绕组 当时专家认为新的绕组应采用最先进的工艺措施 采用最好的导线材料 自粘性换位导线 线圈必须绕在硬纸筒或玻璃钢筒上 以增强短路强度 经多方努力 该主变于2002年1月29日修复完毕后并网运行 运行方式为中性点直接接地运行 变压器修好后一直运行正常 2003年12月15日5时54分 由于高压侧外部单相短路导致主变再一次发生事故 2003年12月15日5时54分 网控值班员听到升压站一声巨响 网控事故喇叭响 220kV 母母差动作 珠番乙线 母联2056 分段2026及3号发变组开关跳闸 现场发现珠番乙线间隔C相刀闸支承绝缘子以及23485刀闸线路侧支承绝缘子断裂并跌落在地上 地上炸出一洞 草坪着火 集控室发现3号机组跳闸 主变轻瓦斯报警 重瓦斯保护动作 本体压力释放阀动作喷油 主变低压侧箱壳有轻度变形 加强筋有两焊点崩开 从录波图观察到事故后3个周波开关动作切除故障点 短路电流最大C相为4512A 零序电流为3360A 事故后检查性试验事故后进行了如下的项目试验1 色谱试验2 绝缘电阻试验3 直流电阻试验4 介损及电容量试验5 负载及阻抗试验6 变压比试验7 绕组变形测试试验结果见附件1 试验结果显示 低压侧C相出现严重故障 事故后现场吊罩检查情况现场吊罩检修是在就地搭建的临时厂房内进行的 根据事故后的试验结果判断该变压器C相低压侧出现严重故障 必须尽快吊罩并根据故障性质 线圈损坏程度来确定检修方案 1月2日吊出C相故障线圈 发现高压侧线圈完整 无发生变形及损坏现象 低压线圈则在中部换位处烧成一大洞 多层导线烧断 线匝扭曲变形 见附件3事故照片 在故障点对侧其中有线匝绝缘纸带断裂露铜 但未成短路 低压线圈除了中部换位处有变形外无发现大的变形现象 箱底部散落很多绝缘碎片 碳粉和铜渣等杂物 见附件3事故照片 A B相线圈围屏表面粘结有大量的碳粉 1月3日吊出A B两相线圈 对线圈及铁心进行了彻底清洗 对箱底也进行了清理 清理完毕后当日装回A B相线圈 扣回上罩 抽真空 充氮防止受潮 事故原因分析 23485刀闸线路侧支承绝缘子跌落造成单相接地 C相短路电流4512A 相当于额定电流的5 24倍 只是诱发事故的因素 因为5倍多的短路电流在正常情况下变压器应能承受 吊检观察到的情况亦说明线圈没有大的变形 除了故障部位及中部换位处有局部变形外 C相线圈整体完整 此事故是由于绕组局部变形匝间绝缘损坏造成匝间短路引起的 结构上的缺陷 线圈为螺旋式绕法 由两组换位导线并绕 在中部等距换位 间距小 给线圈绕制带来一定的难度 换位时导线容易散开 绝缘容易断裂 造成股间甚至匝间短路的可能性大大增加 估计此次事故很可能与此有关 所选用的导线材料不良 该变在2001年12月的第一次事故后的修复意见中 已明确提出线圈的绕制必须使用自粘性半硬换位导线 但此次吊罩发现所使用的导线有松散现象 说明其所使用的换位导线有可能不是全自粘的 或是自粘性较差的 且导线只是普通导线非半硬导线 经验表明没有自粘的换位导线其机械强度比一般导线更差 所以导线质量不良也是此次事故原因之一 工艺不良 该变压器绕组包括高 低压绕组 在换位处都没有采取加强绝缘的措施 在吊出的线圈中曾发现有多处在撑条或垫块边缘上绝缘磨损露铜现象 正确的处理方法应在此处加装一定厚度的垫块 保证其有一定的绝缘厚度 说明制造厂在线圈制造过程中工艺粗糙 在关键部位绝缘未处理好 所以这次事故是因为产品制造不良引起的 变压器事故损坏过程分析 单相接地后 经3个周波 60毫秒 母差动作 变压器高压开关跳闸 见附件2 录波图 切除故障点 开关动作正常 从录波分析 变压器只有一次短路电流冲击 过程未有二次短路或放电现象发生 说明在开关动作前变压器还未发生故障 高压开关跳开后的过程 录波图未有记录 从21秒852毫秒开关动作到21秒873毫秒灭磁开关动作 发电机有21毫秒时间向变压器正常供电 开关动作到主变瓦斯动作时间为204毫秒 开关跳闸到汽轮机气门关闭时间为392毫秒 这段时间都被认为发电机向变压器提供短路能量 所以变压器事故过程可以解释为 当变压器单相短路后 开关跳闸 变压器受5 24倍短路电流冲击 变压器低压绕组中部换位处产生变形 绝缘损坏 发电机有21毫秒时间向变压器提供正常电压 或由于甩负荷关系电压或会高于正常电压 21毫秒后虽然灭磁开关动作 但由于发电机有一定的剩磁作用继续向变压器供电 直到变压器发生匝间短路导致喷油及重瓦斯保护动作 204毫秒 由开关跳闸到主汽门关闭时间为392毫秒 发电机才停止向变压器提供能量 事故过程才结束 存在问题 该变压器经过多方的努力修复后 终于在2004年1月29日并网运行 运行状况良好 但仍存在很大的隐忧 该变压器事故后 只更换了C相 事故相 高 低压线圈 保留其他A B两相高 低压线圈 从吊检情况观察到 A B两相线圈污染较严重 虽经认真清理 但很难彻底清除干净 而微小的颗粒若与水分或油污结合即会严重降低变压器绝缘 大的颗粒 如果是金属颗粒 则会引致严重的局部放电甚至高能量放电 变压器运行的可靠性会降低 由于有此次的事故教训 新线圈虽然结构上与旧结构没有区别 但在选择材料上及绕制工艺上注意到薄弱环节的加强 材料采用了自粘性换位导线 但其他的两相线圈还和原来一样 如碰到外电路短路 很难保证不会重复此次事故现象 附件1 第三种发热性故障 1某电厂220kV变压器故障1 事故过程某电厂 1主变于1998年出厂 厂家为JEUMONTSCHNEIDERTRANSFORMATEURS 施耐德 分A B C三台单相壳式变压器 单台容量为260MVA 额定电压242000V 22000V 采用无励磁调压方式 三相均安装有在线变压器油故障监视仪 型号HYDRAN201RMODELi 对变压器本体油中可燃性气体包括CO H2 C2H2 C2H4的总量进行了在线监视 自2003年6月2日开始发现B相可燃气体总量有较大增长 色谱分析发现H2从0增长为42 7 L L 总烃从57 09 L L增加到213 75 L L 6月3日 召开了现场分析会 在会上 提出以下意见 1 通过查看比较分析 1主变B相有关色谱资料 认为变压器内部有故障 2 故障性质为裸金属局部过热 温度约为300 700 3 故障原因可能为铁芯多点接地 局部短路及导电回路接触不良 4 建议在停机时测量回路直流电阻 5 将 1机组从600MW降到500MW 如故障气体继续增长则降到300MW运行 并进一步观察 6月4日到5日 决定将 1机组从300MW升回到500MW运行 再跟踪分析 6月6日 8日 继续跟踪结果由于升负荷后总烃及各组份气体都同时增长 其中C2H2出现了增长 从0 11 L L升到0 44 L L 总烃到达854 44 L L 对各组分气体含量的分析及C2H2的出现 说明故障正在从中温过热向高温过热过渡 故障已有进一步恶化可能 需要停电检查 6月9日停机 变压器退出运行 6月10日进行直流电阻测试 发现B相高压侧直流电阻5个分接都较其他两相大 比交接时大8 10 低压侧正常 故障原因基本可以确认为高压套管与引线连接点 中性点套管的连接点 分接开关的静触头及有关接点连接不良引起的 6月12日主变B相排油 从人孔进本体检查有关位置 但由于均压球拆不开 开关结构不祥 所以第一次没查到故障点 到6月17日 进行第二次放油检查 查出如下问题 1 高压引线线耳向下滑落半个孔位 2 线耳下面发黑 将绝缘向下剥到焊点时 发现四根并联引线其中一条已断 四条引线中 有三条已全黑 3 线圈到中性点套管连接引线未发现异常现象 4 2004年1月 因怀疑其引线结构不合理和焊接质量问题 所以将 2变停运 排油进入内部检查接头 结果发现A B C三相引线四根中有2 3根发黑 说明这种现象不是个别现象 而是普遍现象 是焊接不良 或是结构不合理 或是兼而有之 值得探讨 故障处理 6月25日 29日 法国专家在现场对引线问题进行处理 更换四根引线 采用冷压接方法进行处理 压接点从原来一个增加到两个 但由于绕组引线出头一端与线耳搭配不当 线耳孔径大于引线外径 厂家先用薄铜皮包在引线上 再进行压接 可能造成压接不均匀 如图3所示 引线焊接后 由中方对引线的焊接质量进行验收 主要是进行直流电阻测试及目测 经电阻测试认为 质量基本达到标准 后一步工作是引线包绝缘 整体电阻测试 变压器真空注油 其他项目的电气试验 绝缘油试验等 故障原因分析 1 引线由四根多股软铜线分别包上皱纹绝缘纸 相互之间绝缘