岳永新，徐志勇，張 宇

（1.國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)太原供電公司，山西 太原 030012；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

一起變壓器絕緣油總烴量超標(biāo)的分析與處理

岳永新1，徐志勇2，張 宇3

（1.國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)太原供電公司，山西 太原 030012；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

指出變壓器的安全運(yùn)行是電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，色譜分析是監(jiān)測變壓器運(yùn)行狀態(tài)的重要手段，以一起返廠大修后投運(yùn)1 a的變壓器總烴含量超標(biāo)為例，進(jìn)行監(jiān)測、檢查、試驗(yàn)分析和處理，總結(jié)出變壓器總烴量超標(biāo)時(shí)的現(xiàn)象，為運(yùn)行人員迅速判斷變壓器故障性質(zhì)及采取措施提供依據(jù)，從而避免事故范圍擴(kuò)大，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

變壓器絕緣油；色譜；總烴

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。目前，我國電力系統(tǒng)應(yīng)用的大型變壓器大部分為油浸式變壓器，而變壓器內(nèi)的絕緣油和有機(jī)絕緣材料隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，在熱和電的長期作用下會(huì)逐漸老化和分解，并產(chǎn)生極少量的氣體，這些油中溶解氣體主要包括氫氣、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳等。當(dāng)油中的某一種氣體含量超過注意值并持續(xù)升高時(shí)，變壓器可能存在著某種潛伏性故障。故障氣體的含量、組分和產(chǎn)氣速率等都是診斷變壓器故障類型和發(fā)展速度的重要依據(jù)。所以，通過變壓器油在線監(jiān)測裝置以及油色譜分析試驗(yàn)等技術(shù)手段，可以分析出油中氣體的組分，從而可以提前發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障，預(yù)防電網(wǎng)事故的發(fā)生。

1 變壓器油中溶解氣體與變壓器內(nèi)部故障

變壓器油中溶解氣體的成分及其含量多少與變壓器是否存在內(nèi)部故障有著密切關(guān)系。

1.1 油中溶解氣體的成分分析

變壓器的絕緣油和絕緣材料熱分解所產(chǎn)生的可燃和非可燃性氣體可達(dá)20余種。因此，對某些氣體進(jìn)行必要的分析，可以發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部潛在的故障。目前，我國主要按DL/722—2000要求一般分析9種或8種氣體[1]，最少必須分析7種氣體。變壓器中的故障特征氣體種類為氧氣、氮?dú)狻錃?、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳。以這9種氣體作為分析對象的原因?yàn)檠鯕狻饕私饷摎獬潭群兔芊夂脡?；氮?dú)狻饕私獾獨(dú)怙柡统潭?；氫氣——主要了解熱源溫度或有沒有局部放電；二氧化碳——主要了解固體絕緣老化或平均溫度是否高；一氧化碳——主要了解固體絕緣有無熱分解；甲烷、乙烷、乙烯——3種氣體主要了解熱源溫度；乙炔——主要了解有無放電或高溫?zé)嵩础?/p>

1.2 變壓器內(nèi)部故障與油中溶解氣體的關(guān)系

變壓器內(nèi)部常見故障分為低溫過熱、中溫過熱、高溫過熱、局部過熱、電弧放電、電弧放電兼過熱等[2]。低溫過熱、中溫過熱、高溫過熱的故障多為分接開關(guān)接觸不良、夾件螺絲松動(dòng)、接頭焊接不良、渦流引起銅過熱、鐵芯漏磁、局部短路、層間絕緣不良、鐵芯多點(diǎn)接地、變壓器磁屏蔽不良、磁路故障導(dǎo)致漏磁引起油箱或夾件等局部過熱等。電弧放電、電弧放電兼過熱的故障多為線圈匝間、層間短路、分接頭引線間油隙閃絡(luò)、引線對箱殼放電、線圈熔斷、分解開關(guān)飛弧、因環(huán)路電流引起對其他接地體放電等。所有故障全部反應(yīng)在變壓器油中溶解氣體的變化。因?yàn)橛椭腥芙獾臍怏w可反映故障點(diǎn)引起的周圍油、紙絕緣的電、熱分解的本質(zhì)變化。氣體特征隨故障類型、故障能量及其涉及的絕緣材料的不同而不同，故障點(diǎn)產(chǎn)生烴類氣體的不飽和度與故障源的能量密度之間又有著密切的聯(lián)系。所以，正確分析變壓器油中的溶解氣體對分析判斷變壓器內(nèi)部故障類型有著至關(guān)重要的作用。

2 變壓器油色譜分析試驗(yàn)和油在線監(jiān)測的重要性

2010年以前，各供電單位對運(yùn)行設(shè)備一直按照計(jì)劃的時(shí)間和周期進(jìn)行檢測和維護(hù)，這樣就存在檢修過度和檢修不足的弊端，所以近3 a以來利用變壓器油在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)巡檢開始增多。油色譜分析與油在線監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，可以彌補(bǔ)油色譜分析各周期之間發(fā)生故障卻沒有抽檢，或在線監(jiān)測裝置失靈的弊端，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部缺陷。

2.1 變壓器油色譜分析的重要性

變壓器油色譜分析是將變壓器油取回實(shí)驗(yàn)室中用色譜儀進(jìn)行分析，不僅不受現(xiàn)場復(fù)雜電磁場的干擾，而且可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣油的缺陷。變壓器在發(fā)生內(nèi)部故障之前，絕緣油的劣化及潛伏性故障在運(yùn)行電壓下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學(xué)變化等一系列效應(yīng)及信息。對于500 kV大型變壓器，目前幾乎是用油來絕緣和散熱，所以，通過對運(yùn)行中的變壓器定期分析其溶解于油中的氣體組分、含量及產(chǎn)氣速率，能夠及早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障。其缺點(diǎn)是受工作條件限制，不能確保每日連續(xù)不間斷抽檢。

2.2 變壓器油在線監(jiān)測的重要性

電力系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置通過狀態(tài)監(jiān)測單元實(shí)現(xiàn)變壓器油色譜、組合電器局部放電、避雷器全電流等主要設(shè)備、重要參數(shù)的在線監(jiān)測，為電網(wǎng)設(shè)備管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。它利用不同形式的傳感器實(shí)時(shí)采集各種信息進(jìn)行綜合分析后，給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，管理人員根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測設(shè)備壽命或發(fā)現(xiàn)潛伏故障，及時(shí)消除不利因素，保障電力設(shè)備順利運(yùn)行，所以，在線監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)檢修方式相比具有可預(yù)知性。變電站現(xiàn)場運(yùn)行中，在線監(jiān)測裝置存在質(zhì)量問題引起數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或裝置失靈的情況。

3 變壓器絕緣油異常過程

某500 kV變電站于2006年1月28日投產(chǎn)，在投運(yùn)后的第5 a在線監(jiān)測及色譜分析發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變壓器A相總烴含量超標(biāo)并不斷升高，于2011年1月末返廠大修。2011年12月2號(hào)主變壓器A相經(jīng)過近1 a的返廠大修后投入運(yùn)行。該變壓器于大修改造后的1 a內(nèi)，專業(yè)人員多次對變壓器絕緣油取油樣進(jìn)行色譜分析均未發(fā)現(xiàn)異常，并重點(diǎn)對在線監(jiān)測裝置中總烴含量的各項(xiàng)顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄也未發(fā)現(xiàn)異常。2012年11月29日，該站500 kV某線路配合高速路遷改進(jìn)行停電檢修，主變壓器所帶負(fù)荷保持在高位運(yùn)行，2012年12月17日晚主變壓器負(fù)荷創(chuàng)歷史新高達(dá)到820MW，超出變壓器的額定容量，已屬過載運(yùn)行。在此期間運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變壓器A相在線監(jiān)測裝置總烴量數(shù)值不斷攀升。通過圖1曲線可以看出，利用變壓器油在線監(jiān)測數(shù)值進(jìn)行橫向比較也能夠發(fā)現(xiàn)變壓器存在潛伏性故障。

圖1 2號(hào)主變壓器A相在線監(jiān)測總烴量曲線圖

4 變壓器油檢測分析

2012年12月20日，檢修人員對該站2號(hào)主變壓器A相現(xiàn)場抽取油樣進(jìn)行色譜分析，發(fā)現(xiàn)總烴含量嚴(yán)重超標(biāo)。此后，檢修人員對該變壓器絕緣油進(jìn)行了連日取樣和跟蹤分析，數(shù)值如表1所示。

根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》規(guī)定，變壓器油中溶解氣體總烴含量注意值為150μL/L，因此專業(yè)人員對主變壓器的跟蹤數(shù)據(jù)與注意值進(jìn)行比對，其曲線如圖2所示。

表1 2號(hào)主變壓器A相氣體值

圖2 2號(hào)主變壓器總烴量數(shù)值與注意值比對圖

從圖2中可以明顯看出，主變壓器總烴量數(shù)值比注意值高出很多，且一直呈上升趨勢，在圖表的末端總烴含量（635μL/L） 值是注意值的4.33倍。為了更準(zhǔn)確地進(jìn)行氣體分析，在申請停電過程中公司組織專業(yè)人員根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》對變壓器油色譜異常情況做了進(jìn)一步的分析和判斷，以便為停電檢修提供準(zhǔn)確的依據(jù)。表2為變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[3]。

表2 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則

對照表2以及變壓器絕緣油總烴量升高曲線，專家判斷變壓器出現(xiàn)了內(nèi)部熱故障。引起熱故障的原因有很多，第一是變壓器發(fā)生了熱故障，如線圈匝間、股間絕緣或某些部位的絕緣熱老化使其分解出雜質(zhì)溶解在油里，這種情況在變壓器吊罩后比較容易發(fā)現(xiàn)，故障也往往比較嚴(yán)重；第二是變壓器局部過熱，由于分接開關(guān)的接觸部分或接頭焊接部分發(fā)熱，或裸露的銅排發(fā)熱，引起變壓器絕緣油分解，這種情況在變壓器吊罩后不容易看出故障點(diǎn)；第三是某些部位有局部放電。以上3種情況均會(huì)表現(xiàn)為總烴數(shù)值的持續(xù)升高。

5 變壓器吊罩檢查處理

2013年1月6日，檢修人員通過前期對主變壓器總烴量超標(biāo)、油色譜異常進(jìn)行周密的監(jiān)測和分析，決定對2號(hào)主變壓器采取吊罩檢查處理。通過對吊罩后的變壓器進(jìn)行放油，并打開主變壓器觀察孔，檢查載流導(dǎo)線、引線接頭、線圈、鐵芯、螺栓等部件，沒有發(fā)現(xiàn)有燒痕、短路、斷線、接觸不良等現(xiàn)象。因此，專家推斷原因?yàn)樽儔浩鞔牌帘尾涣肌⒋怕饭收蠈?dǎo)致漏磁引起油箱、夾件等局部過熱，使得變壓器總烴含量超標(biāo)且持續(xù)升高。檢查結(jié)果與吊罩前的判斷結(jié)果一致。

變壓器運(yùn)行時(shí)，繞組通過電流后將產(chǎn)生磁場，由于繞組中的變壓器鐵芯是良磁導(dǎo)體，所以大部分磁通都在鐵芯中；但是也有一些磁通通過空氣隙或變壓器油傳導(dǎo)到變壓器外殼上，在外殼中感應(yīng)渦流從而發(fā)熱，不僅增加了變壓器發(fā)熱量，也增加了變壓器損耗。變壓器油箱壁上掛磁屏蔽可以阻斷從繞組至外殼的磁通道，大大減少外殼的渦流損耗。

通過分析此次2號(hào)主變壓器A相總烴數(shù)值異常，原因歸根結(jié)底為生產(chǎn)廠家的制造工藝不良。檢修人員在及時(shí)更換了A相主變壓器的磁屏蔽后，對介質(zhì)損耗、直流電阻、局部放電等進(jìn)行了相應(yīng)試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果均符合要求，2號(hào)主變壓器A相更換磁屏蔽部件投入運(yùn)行后至今運(yùn)行良好。

6 結(jié)論

在線監(jiān)測、油色譜分析是用來檢測變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，了解故障發(fā)生的原因、類型和嚴(yán)重程度最有效的手段，但造成油中溶解氣體增長的原因多種多樣，如有時(shí)油中故障特征氣體的產(chǎn)生與運(yùn)行和檢修有關(guān)。因此，對變壓器絕緣油氣體組分含量進(jìn)行在線監(jiān)測的同時(shí)，還應(yīng)定期對變壓器絕緣油進(jìn)行人工抽檢，通過對結(jié)果進(jìn)行比對來綜合判斷變壓器的運(yùn)行狀況，同時(shí)，還應(yīng)結(jié)合電氣和運(yùn)行檢修史，以及外部檢查等進(jìn)行綜合判斷。這樣，綜合各方面的因素不僅有助于明確故障類型，而且也有利于對故障部位做出正確估計(jì)。

［1］ 賈瑞君，范玉華.DL/T722—2000 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則［S］.北京：中國電力出版社，2000：7-12.

［2］ 操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查［M］.北京:中國電力出版社，2005：21.

Analysis and Treatment on Total Hydrocarbon Exceeding of Transformer Insulating Oil

YUE Yong-xin1，XU Zhi-yong2，ZHANG Yu3
（1.State Grid Maintenance Company of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030032，China；2.State Grid Taiyuan Power Supply Company，Taiyuan，Shanxi 030012，China；3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The safe operation of transformer is the basis for the safety of power grid，while chromatographic analysis is an important tool formonitoring the statusof transformeroperation.A transformerwhichwas put into operation a yearafteroverhauldeveloped with total hydrocarbons exceeding.Taking the transformer as an example，the signs when the total hydrocarbons exceeds the standard were summarized throughmonitoring，inspection，testanalysis and treatment，which provides references for the staff to quickly judge the fault natureand to takemeasures correspondingly so as toavoid accidentand ensure the stableoperation ofpowersystem.

transformer insulatingoil；chromatography；totalhydrocarbons

TM406

B

1671-0320（2014）03-0042-04

2014-01-06，

2014-02-11

岳永新（1964-），女，山西太原人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，工程師，高級(jí)技師，從事變電站運(yùn)行管理工作；

徐志勇（1965-），男，山西太原人，2013年畢業(yè)于武漢大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，技師，從事電力生產(chǎn)安全管理工作；

張 宇（1982-），男，山西河曲人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)控制工程專業(yè)，工程師，從事計(jì)算機(jī)控制及信息安全工作。