宋建武 （大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 河北 张家口 075133）
【摘 要】 本文以张家口发电厂塔山分厂3×240MVA单相双绕组主变压器为例，通过对主变压器的原始资料、运行资料以及检修资料三大状态量进行状态分析，概括出目前主变压器存在的主要问题，并且对今后防止变压器出线类似故障提出了防范措施。由此引申出对于新投产大型电力变压器状态分析的方法
【关键词】 张家口发电厂塔山分厂；主变压器；状态分析；
中图分类号： Ｇ71 文献标识码： Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2015）10-014-03
0 引言：
500kV 电压等级的变压器是输变电系统的中流砥柱,且设备成本高,一旦发生故障,可能同时造成设备资产和停电的巨大损失,并带来恶劣的社会影响。因此,该类设备的可靠性成为公用电力事业最为关心的问题之一。
变压器在正常运行过程中,可能遭受不同程度的电气、机械和热力影响,使该设备遭受损耗,逐渐或突然丧失其功能(即故障) 。通过对新投产变压器的安装情况、运行情况以及检修情况等方面进行分析，引申出提高变压器使用寿命的方法和意义。
以张家口发电厂塔山分厂主变压器为例，塔山电厂主变压器采用特变电工沈阳变压器集团的DFP-240000/500型单相双绕组变压器，低压侧经离相封闭母线将三台单相变压器连接为三角形，高压侧经导线和连杆连接为星形，并直接接地。冷却方式为强迫油循环风冷却。
该变压器的设计亮点是采用了金属波纹管储油柜取代常规的胶囊式储油柜，并采用美国dobble公司的变压器在线监测装置对绝缘油和套管进行实时监测，增强了对油质的保护和监测。
1 状态量的构成
1.1原始资料
原始资料主要包括：铭牌参数、型式
试验报告、订货技术协议、设备监造报告、出厂试验报告、运输安装记录以及交接试验报告等。
1.2 运行资料
运行资料主要包括：运行工况记录信息、历年缺陷及异常记录、巡检情况、不停电检测记录等。
1.3 检修资料
检修资料主要包括：检修报告、例行试验报告、诊断性试验报告、有关反措执行的情况、部件更换情况、检修人员对设备的巡检记录等。
2 原始资料的分析
2.1 变压器主要铭牌参数：
额定容量：三相变压器组：3×240MVA
调压方式：无励磁调压
调压位置：高压侧
额定电流：
高压侧：756 A;低压侧： 12000 A（单相）
联接组别标号：Yn，d11（三相变压器组）
中性点接地方式：中性点直接接地
短路阻抗(以高压绕组额定容量为基准):
高压-低压：18.5%(允许偏差±3%)
冷却方式：ODAF
2.2 变压器安装资料
基础安装：2008年2月，#1主变压器基础安装基本结束，该基础没有设计轨道，器身直接焊接在基础的固定铁板上。基础水平误差为3.5mm，小于标准规定的5mm，基础水平合格。
就位前检查：2月中旬，变压器本体及其部件运输到位，该变压器采用全过程带油、充氮运输的方式，防止器身内部受潮。氮气压力为0.02MPa，介于标准的0.01到0.03之间，检查器身顶部螺栓未发现松动，没有渗油的部位，该变压器的运输过程密封性能良好。
本体就位：本体就位最重要的是每相高压套管与封闭母线中心线要保持一致，安装过程中经过严格测量，该项符合标准。就位后开始安装器身本体的接地，接地体采用80mm扁钢焊接而成，且按照要求设置了两处明显且独立的接地点，接地点均涂有规范色标。
内检：就位后检查器身各部位没有发现偏移、损坏及变形，绝缘螺栓及垫块齐全、无损坏，且防松措施可靠；铁芯一点接地，接地牢固可靠铁芯绝缘用2500V兆欧表加压1分钟内无闪络；绕组裸导体外观无毛刺、断股现象，导体焊接满焊且无脱焊，线圈固定牢固，线圈绕组绝缘水平不低于出厂值的70%；所有油路管道畅通无异物；500kV侧均压罩光滑无磨损；分接开关触头无锈蚀、油污，且弹性良好，接触面可靠（0.05mm厚塞尺塞不进）；分接开关对应位置正确；操作连杆长度三相一致；转动器转动灵活，密封良好；各阀门开闭灵活，指示指示正确；各法兰连接紧固，螺栓受力均匀，结合面无渗油；内检期间器身暴露在空气中的时间符合GBJ-1990的相关规定，即空气相对湿度65%以下时不超过12小时；空气相对湿度65%至75%之间时不超过8小时。
附件安装：高、低压套管表面清洁、无损伤、油位正常；法兰连接螺栓齐全，连接紧固可靠；高压套管引出线顺直、无扭曲；500kV均压球在均压屏蔽罩内间距16mm，符合间距15mm的标准；高压侧等电位铜片连接可靠；引线与套管连接可靠且密封良好；升高座连接紧固、无渗油；套管电流互感器试验合格；储油柜内检清洁、无杂物；金属波纹管无变形、损伤且密封良好，油位计能正常反映真实油位；安全气道严密，隔膜完好，不与大气相同；压力释放器阀盖及弹簧完好，电接点动作正确，绝缘良好；气体继电器校验合格，能够正确动作，且安装了防雨罩防止瓦斯继电器进水后误动作；绕组和油面温度计出厂时已经经过校验，在安装之前再次经过专业校验部门的校验，合格后进行安装；冷却器安装牢固，冷却风扇无变形；潜油泵结合面严密，油流继电器动作正常；冷却器外接管路内壁清洁、管路畅通；潜油泵出入口阀门动作灵活、开闭位置正确；变压器本体端子箱和冷却器控制箱安装牢固，电气元件无损坏。
真空注油及热油循环：主变压器采用45号变压器油，绝缘油的各项试验均合格。注入变压器的油温为53℃，器身温度为23℃，保证了油温高于器身温度。注油前对变压器进行抽真空，真空度为13.3MPa，且保持该真空度48小时后开始注油，整个注油过程一直保持抽真空状态，油流速度为5 t/s，观察油标指示与储油柜油面保持一致。注油完成后开始热油循环，净油设备出口油温按照出厂规定保持在68℃，油箱内油温保持在53℃，整个循环过程维持72小时。热油循环后对变压器油进行采样试验，各项指标均合格。
带电运行：2008年6月18日主变压器正式带电运行，变压器音响正常，所有保护投入运行，所有表计及信号指示正确，所有焊接部位及法兰连接处无渗漏油现象，所有冷却正常运行。
2.3 试验报告：
安装结束后由华北电科院对变压器进行高压试验，部分试验数据如下：
绝缘电阻：高压线圈对其他线圈及地的吸收比1.66，极化指数2.00，低压线圈对其他线圈及地的吸收比1.66，极化指数2.06，大于规程要求的吸收比不小于1.3，极化指数不小于 1.5。试验时环境温度24℃，相对湿度40RH%，油温24℃，绝缘电阻合格。
绕组的tgδ%：高压线圈对其他线圈及地的tgδ%=0.201，电容量12.22，低压线圈对其他线圈及地的tgδ%=0.238，电容量26.04，试验电压为10kV，试验时环境温度24℃，相对湿度40RH%，油温24℃，满足规程要求的500kV变压器绕组的tgδ%不大于0.6%，试验合格。
绕组的电压比：对每个分接位置进行测试，结果如下：
分接位置高压对低压
变比误差%
116.6730.01
216.2840.04
315.8940.08
415.5030.13
515.1130.17
绕组的直流电阻：对每个分接位置进行直流电阻测试，结果如下：
分接位置高压绕组
计算值（32℃）出厂值（32℃）变化率（%）
1 275.6 275.1 0.18
2 267.8 267.50.11
3 260.2 259.8 0.15
4 252.5 252.1 0.16
5 244.8 244.5 0.12
低压绕组
计算值（32℃）出厂值（32℃）变化率（%）
0.9216 0.9225 -0.10
试验结果符合规程要求的低于出厂值的2%。
铁芯及夹件绝缘电阻：用2500V兆欧表测试，铁芯对地绝缘为3700 MΩ，夹件对地绝缘为5100 MΩ。符合规程要求的220kV以上变压器铁芯及夹件对地绝缘不低于500 MΩ。
绕组的泄漏电流：
电压(kV)绕组的泄漏电流(μA)
高压绕组604
低压绕组203
试验结果符合规程要求的小于20μA。
局部放电：试验电压为1.5Um/，分接开关处于1分接位置，加压时间30min，试验结果放电量小于100pC，符合规程要求的线端电压为1.5Um/时，放电量不大于500pC。
低压绕组交流耐压：试验电压47kV，加压时间1min，未发现有放电痕迹，试验合格。
套管绝缘电阻：用2500V兆欧表测试，结果如下：
套管主绝缘(G)末屏 (G)
高压套管8794
低压套管189102
低压套管2104108
中性点套管8697
符合规程要求的110kV以上变压器套管绝缘不小于10000 MΩ。
套管的tgδ%和电容量：
套管tgδ%电容量(pF)出厂电容(pF)电容量变化（%）
高压套管0.324451.54461.23
低压套管10204514.7516-0.25
低压套管20.32711931212-1.57
中性点套管0.32611171131-1.24
符合规程要求的500kV变压器充油型套管tgδ%不应大于1%。
3运行资料分析
3.1 绝缘油
以主变运行第一天油样分析为例
项目数值ug/L
氢气 H22
甲烷 CH41.2
乙炔 C2H20.4
乙烷 C2H60.2
乙烯 C2H40
总烃1.8
一氧化碳 CO10
二氧化碳 CO2104
含水量 mg/L5.7
主变带电运行开始第一天、第三天、第七天、第十天、第三十天分别对每相进行油样色谱分析，分析结果未发现异常，运行稳定后每月进行油样色谱分析。
3.2 红外监测
主变压器正式带电后每月进行红外成像监测，监测导线连接是否有发热现象，油循环是否正常等。以#2主变部分红外成像结果为例：
环境温度：15℃
机组负荷：550MW
热像仪型号： FLIR ThermaCAM E30
辐射率： 0.98
反射温度： 15.0℃
高压套管导线连接良好，未发现有过热现象，监测时环境温度为15℃，套管周围建筑物温度为18℃，根据色表对照表，套管表面温度为15℃左右，没有发热，且套管整体温度平均，没有明显的局部温升，说明该套管内绝缘油温度正常，且没有缺油、漏油现象
环境温度：20℃
机组负荷：600MW
热像仪型号： FLIR ThermaCAM E30
辐射率： 0.98
反射温度： 20℃
主变压器上层油温为42℃，与就地温度表指示一致，上层与底部油温有明显的差异且没有发现局部油温过高现象，说明油循环良好，由此推断变压器内部绝缘良好。
3.3 在线监测
该变压器配备了美国dobble科技的色谱在线监测装置，能够对绝缘油中的气体、含水量、油温和高压套管的介质损耗进行实时监测。以下是#2主变A相投运后采集的部分数据：
图表含义：紫色曲线代表油中微水饱和度；黄色曲线代表油中微水含量；绿色曲线代表绝缘纸中微水含量。横坐标为数据记录的时间，每两小时设备自动记录一次，纵坐标为相对应的数值。
图3为#2主变投运后24小时内微水含量，装置每两小时对数据采集记录一次，通过图3可以看出#2主变在运行第一天内绝缘油中微水含量没有明显波动，油质良好。
图4 氢气含量
图表含义：黑色曲线代表油中氢气含
量。横坐标为数据记录的时间，每两小时
设备自动记录一次，纵坐标为相对应的数
值。
图4为#2主变投运后24小时油中氢气含量，通过图4可以看出运行2小时后油中氢气含量趋于稳定，数值为1ppm，油质良好。
4 综合评估
通过对塔山电厂两台主变压器的安装资料、运行资料和投运后的缺陷处理情况分析，主变压器在整个安装过程中严格按照相关规程及厂家要求施工，安装过程中没有造成变压器本体及部件的损坏；各部位螺栓紧固到位，没有发生油渗漏等现象；安装质量报验单齐全、无疏漏。交接试验结果良好且试验报告完整。运行中严格按照周期采油样进行色谱分析，油质良好；定期对主变进行红外监测，诊断结果良好，未发现有局部过热现象；主变冷却器经过多次回路检查、传动、改造已经确保能够稳定运行。主变压器机械性能良好，未发生机械应力损伤。
5结论
本文仅以塔山电厂主变压器为例，提出对于新安装投产的大型电力变压器进行状态分析的方法。若经历过大修后的变压器还应该从检修资料入手，如吊罩检查情况、绝缘缺陷处理措施、修后试验报告等，并与交接或者上一次修后的报告进行对比，分析变压器各参数状态的劣化趋势，本文不做进一步探讨。
保证大型电力变压器的安全运行，要利用多种手段，定周期、定标准的进行长期监测，即通过先进的点检定修管理理念，密切观察变压器的状态，适当增加状态检修，保证主变压器良好的运行工况，进而延长其使用寿命。
参考文献：
[1]邢道清,齐大勇.变压器检修与试验[M].机械工业出版社
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[1]董宝骅.大型油浸电力变压器应用技术[M].中国电力出版社
[1]油浸式变压器状态检修导则[M].国家电网公司
[1]电力变压器检修导则[M].中国电力出版社
论文作者:宋建武
论文发表刊物:《科学教育前沿》2015年第10期
论文发表时间:2016/4/5
标签：变压器论文; 套管论文; 绕组论文; 高压论文; 低压论文; 线圈论文; 资料论文; 《科学教育前沿》2015年第10期论文;