左成飞
国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 224000
摘要：变压器是配电系统的核心设备，变压器的运行状况直接决定了配电系统运行的稳定性。本文结合配电变压器故障实例，对变压器故障诊断过程进行了较为详细的分析，仅供参考。
关键词：配电变压器；检修；诊断；三比值法
一、设备概况
出厂日期：2014 年8 月
投运日期：2016 年8 月
设备型号：SZ11-16000/35
连接组别：YNd11
冷却方式：ONAN
该变压器从投运至今未见异常，但负荷都不大，大部分时间运行在1000kVA~2000kVA之间，今年6月3 号的例行油样检查时，发现油中特征气体严重超标，数据如下：
表1 变压器油气特征相关检查数据
从上表中可以看出，无论是C2H2（注意值5ppm）、总烃（注意值150ppm）还是H2（注意值150ppm）都已远远超过注意值，为了安全运行，不让故障进一步扩大而造成更大的损失，决定该变压器立即退出运行，并进行故障分析和处理。
二、故障位置判断
表2 三比值表
通过表（1）中的数据再对照表（2）可以得出油中特征气体的三比值为022，故障类型属于大于700 度的高温过热，特种气体中有乙炔存在，也进一步说明故障点温度超过700度，故障可以定格在裸金属发热的范畴。
故障点温度估算：
T=322LOG（C2H4/C2H6）+525
=322LOG（3900.23/450.03）+525
=827℃
变压器内有可能产生高温过热的部位：1、接线片连接处；2、无载开关静、动触头接触处；3、大电流（或过负荷时）引线；4、过负荷下的漏磁影响区；5、铁芯多点接地；6、铁芯片间短接等。因负荷仅1000kVA 左右，所以不存在大电流或过负荷问题，即：第3、第4点可以排除，由于该变压器没有无载开关，所有第2 点也可以排除。剩下的可疑点就是接线片连接是否紧密和铁芯有无多点接地或片间短路的问题。
为进一步准确判断故障部位，我们解开变压器高、低压外部接线，在安全措施完备的前提下，对变压器进行了铁芯对地绝缘测试和直流电阻测试。测试结果是：铁芯对地绝缘约2GΩ，判断为良好，即：可以排除铁芯多点接地问题（片间短路未排除）；低压直阻三相严重不平衡，数据如下：
表3 故障发生后的直流电阻数据
表3中数据表明，高压正常，低压电阻平衡率17.09%与国家标准GB6451-2008 规定的小于1%的要求相距甚远，已经严重超标。进一步分析发现，只要含b相端子的直流电阻数据都较大（约大4mΩ，即：故障点接触电阻约4mΩ）。下图1是该变压器的绕组接线图，根据上面的分析可以判定，图中b 相接线片位置为重点怀疑对象。为减少故障处理工作量，拟不吊罩，而通过低压手孔进行检查和处理。
图1 变压器的绕组接线图
打开手孔后，发现b 相接线片的紧固螺母特别松，一只手即可轻松拧下来，这一点与测量和判断结果很吻合，但从卸下的接线片紧固螺母上，仅看到2 个约1mm2 大小的小黑点，而螺母本身却没有任何过热的痕迹，这与判断结论好像不相符。由于b 相套管偏离手孔，手孔也很小，无法看清接线片的状况，经评估，在不吊芯的情况下也无法对接线片进行进一步的检查和处理，所以不得不决定进行吊罩检查。
吊罩后发现b 相接线片的连接孔边缘严重变形，如下图2/3所示，接线片片间已经烧黑，有严重过热痕迹，这与测量和分析结果完全吻合。继续检查铁芯和器身其他部位，未发现异常，由此进一步肯定产生高温过热和导致油色谱严重超标的故障点就在b 相接线片的连接处。
图2 B相接线片孔边凸起 图3 b相接线片间严重过热
三、故障原因分析
表面上看，这次故障是接线片紧固螺母松动引起连接处接触电阻增大所致，但实质上，设计的缺陷和工艺过程不够严密才是造成本次故障的真正原因。
首先是设计问题，该变压器是吊罩结构而非吊芯结构，即变压器器身与箱盖没有连在一起，套管的安装要在油箱落罩后才可进行，操作工只能通过手孔将套管的导电杆与器身上的接线片进行连接和紧固，这本无可厚非，在变压器设计上也是正常套路，但该变压器的设计问题是，手孔并不正对套管，而是偏移约300mm 之多，通过手孔很难看到套管与接线片的相连处，这不仅让操作人员很难施工，而且也很难检查，操作人员只能凭手感来确定自己的工作质量，这样，该故障的产生也就在所难免。
其次工艺问题，从图2和图3中可以看出，该变压器低压接线片是由约20 片单铜片组合而成，单片的连接处搪锡，组合后开孔，因无法形成一个整体，所以开孔处如图2所示，边缘凸起（a 相也有类似现象，只是比较轻微），且未采取措施（如整平），从而在套管装配时，操作人员凭手感（也只能凭手感）误以为螺丝已经拧紧，实际上螺母被接线片孔凸起的边缘顶住，无法进一步紧固。
如果采用如图4所示的接线片，问题或许就不会产生。这种接线片的端部是采用高分子压接焊，使接线片的连接处与铜板无异，这样不但容易保证加工质量，也容易保证装配质量。另外，接线片紧固螺母没有受太大影响的原因是，该螺母已经非常松动（未借助任何工具，一只手就轻松拧下了），可以认为，它几乎不参与导电，只成了摆设而已，负荷电流只要从套管的导电杆直接通过接线片流向变压器即可，所以故障对紧固螺母并未有太大的影响。
图4 正常接线片
四、处理方法
此次故障处理分四个方面：
1、接线片处理。①将a、b、c 相接线片扒开成独立的单片状；②将每
个单片敲打平整；③用中粒砂纸砂磨每个接线片表面，去除污垢及烧糊的表面；④用细砂纸进一步砂磨每个接线片的表面，使其光滑；⑤用干净的布擦拭每个接线片的表面，使其洁净。
2、接线片的复位装配。①将每相散开的单片接线片归拢，整齐；②用强力皱纹纸整体包紧每相接线片；③安装接线片，保证第一个紧固螺母足够紧，以不借助于外力，单手握长柄扳手使最大力拧不动为止；④拧紧并帽螺母。
3、测量直流电阻，保证三相不平衡率符合要求。
4、油过滤。①用小油泵彻底抽尽下节油箱中的剩油；②单向油过滤，将变压器油全部通过高真空滤油机从油罐打向变压器，再从变压器打向油罐，至少三个来回；③循环过滤，用高真空滤油机对变压器内的油反复循环过滤。总过滤时间不少于24 小时。油过滤的结果确保油中各项指标符合国家标准要求为止。
五、建议
根据历史经验，高温过热故障占变压器故障的比例相当高，虽然其后果不及弧光放电那么严重，但其危害和影响不可小觑，为此，我们建议如下2 点建议：
1、采购监造方面的建议：①采购变压器时，必须有明文规定，不得采用单片组合型的接线片，应采用如上面图（4）所示的高分子压接型接线片；②监造时，应要求制造商提供紧固件拧紧的力矩规定和工作记录，尤其是大电流通过的紧固件。
2、运维方面的建议：该变压器及该变压器制造商生产的其它变压器，建议色谱检查试验周期不得超过6 个月。
参考文献：
[1]黄大荣，陈长沙，孙国玺，et al. 电力变压器故障的客观熵权识别及诊断方法[J]. 电力系统自动化，2017（12）：211-216.
[2]杜文霞，赵秀平，杜海莲，et al. 基于极限学习机的电力变压器故障诊断[J]. 山东科技大学学报（自然科学版），2017（5）.
[3]冯兴文. 电力变压器试验和运行中故障诊断的专家系统[J]. 民营科技，2018（1）.
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图4 汽发机临界转速分析模型
计算得出该转子临界转速为：一阶1860r/min，二阶6200 r/min，满足运行要求。
3.转子扭振固有频率计算
分析软件：美国RMA公司的Xlrotor，模型见图5。
图5 转子扭振固有频率计算模型
计算结果表明，汽发机转子扭振频率避开转频60Hz以及两倍120Hz，合格。
4.定子固有频率计算
通过计算分析，定子固有频率避开108Hz～132Hz范围的频率，不会引起共振，合格。
五、结束语
该型发电机在结构设计，参考常规机组并结合行业发展趋势，同时应用有限元分析软件进行计算，使设计有依据、结构更加合理。
参考文献：
[1]陈世坤.电机设计. 北京：机械工业出版社，2004.
作者简介：徐大江（1981—），男，工程师，主要从事汽轮发电机的设计。
陈长利（1982—），男，工程师，主要从事汽轮发电机的设计。
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应采用金属导管、可挠金属导管或B1级别以上的刚性塑料管敷设在不燃烧体结构层内，且保护层厚度不小于30mm，金属导管均采用JDG或SC（潮湿场所或防爆区域SZ）。不同电压等级的线缆不应穿入同一根保护管内，当广播、电话及其他消防传输线路合用同一槽盒时，槽盒内应有隔板分隔。室内金属导管、电缆桥架在穿越防火墙、设备用房、电气井道、楼层时，应在安装完毕后，用防火隔板及防火堵料严密封堵。室内金属导管及电缆桥架穿越建筑物变形缝设补偿装置等措施。
此外，还应该设置电气火灾报警系统以及消防电源监控系统。电气火灾报警系统可以监测漏电电流、过电流信号，发出声光信号报警，准确报出故障线路地址，使得维护人员能够及时检修故障线路。消防电源监控系统对整个工程的消防电源供电电源进行实时监控，显示检测点电源断路、短路、过压、欠压、过电流、缺相、错相、过载等故障报警信息及电源工作状态，并将消防用电设备的供电电源和备用电源工作状态及欠压报警信号传输至消控室专用图形显示装置。对消防水泵控制箱还应该设置消防巡检设备，定期检测控制线路，以备不时之需。
结束语
建筑电气消防设计是建筑工程中的主要组成部分，与人们自身的安全密切相关。为了让建筑电气消防设计的能力能够有所提升，使人们的生命财产安全得到相应保障，作为设计人员，需要严加遵守相关规定，对消防设计的方案不断进行优化、完善，将其中的问题及时解决，从而使设计水平能够有所提升。只有这样才能将建筑的功能充分发挥出来，减少消防安全问题的发生，从而推动社会的稳步前进。
参考文献：
[1]项丹. 探究建筑设计中的电气消防设计[J]. 信息化建设，2016（01）：353+356.
[2]杨佳. 论建筑电气设计中的消防设计[J]. 中国设备工程，2017（09）：109-110.
[3]丁洋. 浅析建筑电气设计中的消防设计[J]. 黑龙江科学，2015，6（07）：93.
[4]林伟. 建筑电气消防设计应该注意的问题探讨[J]. 科技信息（学术研究），2008（09）：267.
[5]廖燕丽.高层综合体建筑电气消防设计问题研究[J].低碳世界，2019，9（01）：297-298.
[6]王艳.浅谈建筑电气消防设计存在的若干问题及其改善措施[J].智能城市，2018，4（13）：166-167.
论文作者:左成飞
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/24
标签：接线论文; 变压器论文; 故障论文; 螺母论文; 紧固论文; 套管论文; 电阻论文; 《建筑细部》2018年第28期论文;