腐蚀性硫对变压器引线绝缘的影响分析.pdf
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1、第26卷 第4期2023年8月Vol.26 No.4Aug.2023山东电力高等专科学校学报Journal of Shandong Electric Power College腐蚀性硫对变压器引线绝缘的影响分析潘文,郇述钢,李宁,陈新(常州东芝变压器有限公司,江苏常州213012)摘要:对一台500 kV三相一体自耦变压器发生故障的原因进行分析,通过变压器油中腐蚀性硫的测试、引线绝缘纸的成分分析、耐受电压、聚合度的测量,以及引线对比样本的绝缘耐压测试和分析,揭示了腐蚀性硫对变压器的影响不能仅关注其对绕组的影响,还要对处于高电位包纸绝缘的铜绞线引线进行综合评价,以保证油中含有腐蚀性硫的变压器长期
2、安全可靠运行。关键词:变压器油;腐蚀性硫;引线绝缘中图分类号:TM85文献标志码:A文章编号:2096-9104(2023)04-0001-06Analysis of Influences of Corrosive Sulfur on Insulation ofTransformer LeadsPAN Wen,HUAN Shugang,LI Ning,CHEN Xin(Changzhou Toshiba Transformer Co.,Ltd.,Changzhou 213012,China)Abstract:The fault causes of a 500 kV three-phase co
3、mpact auto-transformer are analyzed.The test of corrosive sulfur in transformer oil,the composition analysis of lead insulation paper,the measurement of withstanding voltage and polymerization degree,and the insulation withstanding voltage test and analysis of lead comparison samples reveal that the
4、 impact of corrosive sulfur ontransformers should not only focus on transformer windings,but also need to comprehensively evaluate the copper stranded wireleads with paper insulation at high potential,so as to ensure the long-term safe and reliable operation of transformers using transformer oil wit
5、h corrosive sulfur.Keywords:transformer oil;corrosive sulfur;lead insulation0引言文献 1 提出在绝缘纸上产生硫化亚铜(Cu2S)的机理是变压器油中腐蚀性的二苄基二硫(DBDS)与铜反应生成油溶性络合物,该络合物通过变压器油扩散并吸附在纸或纸板上,分解后就形成了硫化亚铜(Cu2S)。硫化亚铜可以在80150 的条件下生成,但在较低温度(低于80)及电场作用下的生成机理尚未明确。调查腐蚀性硫造成变压器故障的案例,发现绝大部分为绕组内绝缘纸附着硫化亚铜导致故障的案例,鲜有引线附着硫化亚铜导致绝缘失效的案例。在2000年前后
6、,NYTRO 10GBX和NYTRO 10GBN变压器油广泛应用在国内500 kV等级的变压器上。这些运行了20年左右的变压器,如果没有对变压器油进行有效管理,例如定期添加钝化剂、对油中的腐蚀性硫进行有效测试2-3,长年运行硫化亚铜不断积聚使绝缘失效,导致变压器发生突发性故障,影响变压器安全运行。本文分析了腐蚀性硫对变压器引线绝缘的影响,揭示了腐蚀性硫导致引线绝缘失效前各层绝缘纸的绝缘特征,包括各层绝缘纸表面附着的铜与硫成分含量的分布、聚合度及各层绝缘纸击穿电压的分布等,这些数据为以后类似问题的分析及防止其再发生提供了参考。收稿日期:2023-05-13作者简介:潘文(1969),男,高级工程
7、师,研究方向为电力变压器设计及制造。编辑部收稿邮箱:变压器技术1山东电力高等专科学校学报第26卷 第4期Vol.26 No.41概况2007年投运的某OSFPS-750000/500变压器,在线油色谱分析没有任何异常,2022年10月突然发生引线匝间短路,变压器损坏,退出运行。该变压器高压侧电压为550 kV,中压侧电压为230 kV,低压侧电压为36 kV。高压侧与中压侧的容量为750 MVA,低压侧容量为360 MVA,采用中压230 kV线端调压的无载调压结构。该变压器的冷却方式为强迫油循环导向风冷,采用大功率风冷却器进行冷却。故障位于B相上压环上部的调压线圈上部引线位置。在90%负荷高
8、中低三绕组联合运行的工况下,变压器顶层油的温升为23.1 K,该引线对油的温升为19 K,在月平均温度为30 的环境下 4,该故障部位引线导体温度为72.1。即使考虑到长期运行冷却器的散热翅片会遭受污染,冷却功率下降,导致变压器油温上升,引线的温度也只处于国际大电网会议(CIGRE)提出的硫化亚铜产生的可能下限温度。为全面、完整地分析腐蚀性硫对引线绝缘的影响,分别对该故障变压器的油和引线绝缘纸进行了分析。故障只发生在B相,变压器的其他两相绕组未受破坏,因此对A相和C相绕组引线的绝缘状态进行分析,以有效评估腐蚀性硫对变压器绝缘的影响。2对绝缘影响的分析2.1变压器油2.1.1变压器油的型号与参数
9、该变压器使用的是NYTRO 10GBX环烷基变压器油,其参数如表1所示。NYTRO 10GBX是一种添加抗氧化剂的变压器油。该变压器油与克炼厂生产的45号油属于同等级产品,均为环烷基矿物油,但在2000年初期克炼厂生产的45号变压器油在500 kV等级变压器上很少采用。2.1.2变压器故障前后的油色谱特征在线色谱测试仪记录了该变压器故障前后的油色谱数据,如表2所示。由表2可见,故障前变压器油色谱数据正常,故障后色谱数据具有典型的高能量放电电弧色谱特征。经检查发现该变压器引线发生匝间短路并对油箱壁放电。2.1.3变压器油中腐蚀性硫的测试对该故障变压器油中的腐蚀性硫采用2种方法进行判定。表1NYT
10、RO 10GBX变压器油参数特性物理特性化学特性电气特性氧化安定性外观密度(20)/(kgm-3)运动粘度(40)/(mm2s-1)运动粘度(-30)/(mm2s-1)闪点(PM)/倾点/酸值/(mgKOHg-1)腐蚀性硫芳香烃含量/%抗氧化剂/Wt%含水量/(mgkg-1)介质损耗因数(90)界面张力/(mNm-1)处理前击穿电压(间距2.5 mm,出厂)/kV处理后击穿电压(间距2.5 mm,出厂)/kV120 反应时间/h测试方法IEC 296ISO 3675ISO 3104ISO 3104ISO 2719ISO 3016IEC 296ISO 5662IEC 590IEC 666IEC
11、814IEC 247ISO 6295IEC 156IEC 296IEC 1125B(IEC 474)保证值最小140403070120最大895111800-450.03300.005典型值88591100146-570.01140.32070170注:外面应透明,无沉淀悬浮物。应为非腐蚀性。2表2故障前后变压器油色谱数据单位:L/L序号12345678气体类型氢气一氧化碳二氧化碳甲烷乙烯乙烷乙炔总烃故障前8.86259.81889.86.470.461.30.08.23故障后1465.20282.51789.2372.50372.6029.0412.41186.50第一种方法是按文献 5 进
12、行测试,并将测试结果与文献 6 规定的总硫含量进行比较。实测该变压器油的总硫含量为125 mg/L,小于文献 6 中的规定值1500 mg/L。但这种方法的测试结果无法对变压器油中腐蚀性硫的特性进行判定。第 二 种 方 法 是 按 ASTM D127515 StandardTest Method for Corrosive Sulfur in Electrical InsulatingLiquids的要求,将铜片试样放入150 油中保持48 h后,对铜表面的颜色进行对比以判定腐蚀等级,判定结果为腐蚀性4c等级。对上述两种方法进行比较,第二种方法对变压器油中腐蚀性硫特征的判断更加有效。实际上生产
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