唐 峰（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

110kV變壓器油色譜異常和故障的分析

唐 峰
（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

摘 要：110kV的變壓器油色譜在發(fā)生故障時(shí)，綜合有變化特性的氣體和三比值法等方法。綜合考慮把油色譜操作條件、基本結(jié)構(gòu)及異常缺陷情況，進(jìn)行初步的分析和判斷，試驗(yàn)診斷繞組變形與直流電壓比，電阻，絕緣電阻值及介質(zhì)損耗，繞組變形與其他常規(guī)測(cè)試方法，分析判斷故障原因，而后提出相應(yīng)的改進(jìn)技術(shù)和建議。

關(guān)鍵詞：變壓器；油色譜；故障

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，變壓器故障經(jīng)常發(fā)生，在變壓器無(wú)勵(lì)磁分接開(kāi)關(guān)元件，由于它的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單、運(yùn)行后不用其它操作，往往容易在檢修分析和測(cè)試階段被忽略，因?yàn)樗碾妷簹怏w和機(jī)械連接時(shí)的主變壓器故障而引起的故障。變壓器是由油、紙組成復(fù)合的絕緣，氣體里的潛伏性故障，主要由油、紙的熱裂解?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)、材料的熱解產(chǎn)生氣體的特性有密切關(guān)系，化學(xué)礦物的絕緣油是由石油烴類(lèi)；化學(xué)成分絕緣紙就是纖維素。結(jié)構(gòu)是由不同類(lèi)型化學(xué)鍵構(gòu)成，鍵能高，分子就更穩(wěn)定，因此了解絕緣油的熱裂解氣體的一般規(guī)律，不飽和烴類(lèi)氣體產(chǎn)生的熱解能量，隨密度（溫度）增加而增加。熱解能量的溫度增加的過(guò)程就是：烷烴、烯烴、炔烴、焦炭。

不同類(lèi)型的故障，氣體成分特點(diǎn)也不一樣。例如，局部放電，產(chǎn)生氫氣；溫度太高就會(huì)產(chǎn)生甲烷和乙烯，嚴(yán)重放熱時(shí)也有少量的乙炔；電弧發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生乙炔和氫氣。不一樣的能量，大小不相同的故障的特點(diǎn)，沼氣生產(chǎn)的速度也是不一樣。天然氣的生產(chǎn)更少的潛在故障的初始階段，產(chǎn)氣速率較慢；溫度高的故障源，天然氣生產(chǎn)方面的故障更大，氣體更速度。了解這個(gè)道理，就要對(duì)絕緣油色譜熱解產(chǎn)生的氣體進(jìn)行分析，這對(duì)我們分析和判斷變電器設(shè)備有很大的幫助。

1 過(guò)熱性故障

1.1 裸金屬過(guò)熱。如果絕緣油分解是由變壓器設(shè)備的熱量而引起的，統(tǒng)稱裸金屬過(guò)熱。是一個(gè)焊接不強(qiáng)的分接開(kāi)關(guān)而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)接觸不良；鐵芯多點(diǎn)接地、局部短路等等。油色譜氣體的主要特點(diǎn)是，烴類(lèi)也增加，這也是甲烷與乙烯氣體的主要特性，一般是達(dá)80%以上的總烴類(lèi)。當(dāng)故障點(diǎn)溫度很低時(shí)，甲烷比例就越大；隨著溫度升高，乙烯比例也會(huì)隨之增加。隨后，氫氣也會(huì)急劇增加，但是沒(méi)有烴類(lèi)氣體的迅速。溫度嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)也會(huì)有少量的乙炔氣體，但是不超過(guò)6%。

1.2 固體絕緣過(guò)熱。溫度過(guò)熱時(shí)就會(huì)涉及固體絕緣材料，就會(huì)有低分子烴類(lèi)氣體的產(chǎn)生，隨后也會(huì)產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。

1.3 低溫度過(guò)熱。變壓器由于長(zhǎng)期負(fù)荷狀態(tài)或者有其他原因，致使固體絕緣承受大面積的低溫長(zhǎng)期過(guò)熱繞組時(shí)，溫度上油色譜也不分解，只會(huì)出現(xiàn)一氧化碳與長(zhǎng)時(shí)間的低溫碳化加速過(guò)熱的絕緣紙產(chǎn)生的二氧化碳，其中包含一氧化碳所反映故障而且會(huì)涉及一些固體絕緣的特性。

2 放電性故障

2.1 高能量放電（電弧放電）。線圈層間絕緣擊穿，電壓溫度過(guò)高導(dǎo)致電弧引起的閃絡(luò)，和電容屏擊穿電弧所引起的故障。這種異常或者故障的氣體速度很快，氣體量大。故障氣體主要是氫氣（總烴20%～70%）與乙炔，接下來(lái)產(chǎn)生的是乙烯和甲烷。故障的能量很大，所以總烴類(lèi)比較高導(dǎo)致固體絕緣一氧化碳也是比較高的。

2.2 低能量放電（火花放電）。一種間歇放電故障。由于接地不良，核心里面的芯板，通過(guò)螺桿的芯接觸不良而引起懸浮放電。分析出天然氣主要成分是乙炔與氫氣，隨后產(chǎn)生乙烯與甲烷氣體。但是能量有較小的故障時(shí)，一般總烴含量就不是太高。

2.3 局部放電故障。帶電體經(jīng)常發(fā)生在懸浮帶電體空間或者油浸紙絕緣氣體懸浮帶電體空間，放電氣體的特性會(huì)產(chǎn)生氫氣、隨后是甲烷。（能量密度高，也會(huì)有少量乙炔氣體）一般不超2%。

3 受潮

變壓器設(shè)備里面受到潮濕的時(shí)候，氣隙絕緣水與固體油發(fā)生局部放電除外，那時(shí)就會(huì)產(chǎn)生氫氣。也是因?yàn)樗丸F的化學(xué)反應(yīng)是電解電場(chǎng)水，所以產(chǎn)生大量氫氣。結(jié)論，在變壓器里面受到潮濕時(shí)的氫氣含量高。

3.1 油色譜異常數(shù)據(jù)

2014年 04 月的一個(gè)早晨，某變電站一帶天氣非常的惡劣，變壓器跳閘的開(kāi)關(guān)兩側(cè)出現(xiàn)故障。檢查后發(fā)現(xiàn)：廣告牌的鋁金屬不小心吹到變壓器上了，以致于造成變壓器110kV，側(cè)C相導(dǎo)線由鋁金屬對(duì)其中氣體取樣銅管放電，導(dǎo)致在變壓器開(kāi)關(guān)兩側(cè)，變壓器啟動(dòng)保護(hù)自動(dòng)跳閘操作。事件發(fā)生后結(jié)論得出，進(jìn)行全面的測(cè)試與檢驗(yàn)變壓器發(fā)現(xiàn)，在C波段的高電壓側(cè)相繞組存在明顯變形或者位移，其他的高電壓正常；油色譜的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

3.2 色譜異常數(shù)據(jù)分析

從表1的數(shù)據(jù)看出，變壓器的事件前的色譜屬于正常狀態(tài)，表明變壓器的里面沒(méi)有異常。在鋁金屬零件造成變壓器開(kāi)關(guān)跳閘，以致于油色譜的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。結(jié)果說(shuō)明，在油色譜試驗(yàn)中電弧放電，通過(guò)《變壓器油中溶解氣體分析與判斷》為三比值法的指導(dǎo)方針，確定電弧放電故障類(lèi)型。確定放電可能是線圈的原因，層間的短路、相間的閃絡(luò)，導(dǎo)致箱殼或其他接地放電。2014年04月前，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)C2H2，用色譜分析數(shù)據(jù)值的異常，乙炔/乙烯＝0.4＜1，在這一分接開(kāi)關(guān)沒(méi)有操作，不應(yīng)該是一種負(fù)荷開(kāi)關(guān)泄漏的結(jié)果。和C相高壓導(dǎo)線的鋁金屬，對(duì)氣體取樣銅管放電，電弧燃燒產(chǎn)生明顯痕跡，高壓實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)的變形很明顯。據(jù)故障信息的電流8.28ka，比正常高幾倍的浪涌電流，大電流，從而可以判斷出電弧放電的瞬間浪涌，是在運(yùn)行中產(chǎn)生繞組變形非常明顯。在放電中氣體產(chǎn)生電弧的一些特點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程是非?？斓摹?shí)證分析后所產(chǎn)生的特征氣體，處理后決定進(jìn)行電力變壓器運(yùn)行。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，送電變壓器油色譜來(lái)觀察，氣體各成分都相對(duì)穩(wěn)定，無(wú)上升的趨勢(shì)。這件事情發(fā)生后某變電站對(duì)變壓器的工作維護(hù)措施，做了一些變化：（1）提高油色譜檢測(cè)變壓器的頻率，在各油色譜數(shù)據(jù)的情況下的測(cè)試，安排周期，直到正常的油色譜數(shù)據(jù)。（2）經(jīng)過(guò)六個(gè)月后跟蹤，主變壓器繞組變形的變化，接下來(lái)就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)的情況確定；（3）局部放電測(cè)試與紅外測(cè)試溫，在當(dāng)天最大負(fù)荷觀察，主變壓器油溫度負(fù)荷曲線相同的時(shí)間是不是正常的。經(jīng)過(guò)跟蹤變壓器，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常。因此，取消跟蹤，保持設(shè)備的正常運(yùn)行與維護(hù)措施。

表 1 變壓器異常前后色譜的分析結(jié)果（單位：μL/L）

結(jié)語(yǔ)

我們?cè)谑褂米儔浩魈卣鳉怏w法的時(shí)候，在三比值法進(jìn)行分析與判斷的時(shí)候就更可靠；我們可以當(dāng)變壓器有過(guò)熱故障的時(shí)候，運(yùn)用微量分析的方法；比如綜合烴類(lèi)氣體有，過(guò)熱檢測(cè)特性的關(guān)系時(shí)，同時(shí)再研究相對(duì)產(chǎn)生氣體的速率比率，并且依據(jù)CO與CO2的比例進(jìn)行判斷過(guò)熱與固體絕緣材料，這時(shí)才可以準(zhǔn)確無(wú)誤的判斷出變壓器設(shè)備的異?；蚬收系男再|(zhì)。在短時(shí)間內(nèi)的氣體電弧放電的特性會(huì)出現(xiàn)，這就構(gòu)成了一個(gè)主變壓器總烴組成部分，繼續(xù)跟蹤與分析將沒(méi)有意義。到那時(shí)就必須立即停工檢查故障，這將是一種非常安全可靠的辦法。

色譜分析方法對(duì)變壓器設(shè)備油色譜中氣體的內(nèi)容，是可以很有效的進(jìn)行早期診斷變壓器里面的潛伏性故障的存在。工作上的應(yīng)用，是要對(duì)異?；蚬收稀⑷毕莸牟煌陌l(fā)展階段，進(jìn)行不同的分析判斷方法，工作時(shí)的實(shí)際情況與電壓氣體設(shè)備外面的結(jié)合，進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)，充分的發(fā)揮出石油與化學(xué)檢測(cè)的靈敏度，更容易的正確評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)或者根據(jù)維護(hù)設(shè)備的策略，提高變壓器的安全運(yùn)行的可靠性。通過(guò)分析，明白了變壓器停用檢測(cè)處理是非常必要和及時(shí)的。我們從中也可以積累到分析與判斷處理的經(jīng)驗(yàn)。所以，在日后的工作中建議使用者，在變壓器設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，多加強(qiáng)專業(yè)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的巡檢，定期檢查和維修以及監(jiān)督，以免造成異?；蛘吖收系陌l(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類(lèi)號(hào)：TM407

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