蔡維肖

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局 514021

摘要：在電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備中，變壓器是其重要的組成部分。采用油中溶解氣體分析（DGA）技術(shù)對變壓器故障進(jìn)行早期故障診斷，可減少變壓器不必要的事故停用，對保證電力系統(tǒng)安全可靠運行有較大的作用。文章針對變壓器離線監(jiān)測的不足，提出了變壓器在線監(jiān)測的方法，并介紹了變壓器氣相色譜分析法原理，通過實例闡明了如何根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)來診斷設(shè)備故障。

關(guān)鍵詞：變壓器油；在線監(jiān)測；故障診斷；色譜分析

0引言

設(shè)備維修的概念起源于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時電網(wǎng)電壓等級較低，容量也不大，電氣設(shè)備出現(xiàn)問題時造成的影響和損失也較小，事故后再維修成為當(dāng)時電力設(shè)備的普遍選擇，但由于傳統(tǒng)的離線監(jiān)測與定期停運實驗等方式屬于間斷性評估，難以將故障遏制在初期階段，增加了設(shè)備運行的風(fēng)險。近年來，隨著傳感器和光纖等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了一種能夠動態(tài)監(jiān)測被測設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測方法，反映變壓器當(dāng)前的運行狀態(tài)，結(jié)合以往的運行經(jīng)驗與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面分析，明顯提高了成功發(fā)現(xiàn)變壓器缺陷的效率與準(zhǔn)確性，并能夠及時地進(jìn)行報警，讓運行及班組人員采取相應(yīng)措施，縮短故障存在的時間，限制故障的進(jìn)一步發(fā)展，以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

運行中的變壓器，發(fā)生外部故障時，我們可以觀察到，但其內(nèi)部發(fā)生故障、病變，就很難監(jiān)控，但變壓器內(nèi)部的油，是可以采集到的。絕緣油老化、變質(zhì)會分解出一氧化碳CO、二氧化碳CO2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、氫氣H2等，通過對變壓器的絕緣油進(jìn)行定期取樣、分析，并與歷年的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，在變壓器正常供電的情況下，判別變壓器的運行狀況，有助于及早發(fā)現(xiàn)和消除存在的安全隱患，確保變壓器的安全運行。

1變壓器油色譜分析的原理

在新絕緣油的溶解氣體中，除了含有氮氣（約70%）和氧氣（約30%）以及二氧化碳（0.3%左右）氣體外，并不含有C1 C2之類的低分子烴，在經(jīng)過油的處理之后，由于一些油的加熱處理設(shè)備存在死角，可能出現(xiàn)微量的乙烯甚至極微量的乙炔。正常運行狀況下，由于變壓器絕緣油油和絕緣材料的緩慢分解和氧化，會產(chǎn)生少量的二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）和微量的低分子烴氣體。當(dāng)變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)放電和過熱故障時，變壓器絕緣油和內(nèi)部固體絕緣材料中放電效應(yīng)和受熱性效應(yīng)作用，油中的二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等烴類氣體產(chǎn)生速度和數(shù)量就會顯著地增加。而在故障的初期，這些氣體的增加并不足以引起瓦斯繼電器的動作，此時，根據(jù)油中溶解氣體含量及其增長速度，能夠及早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障，消除隱患，確保變壓器的安全運行。

2變壓器內(nèi)部的常見故障及原因

變壓器內(nèi)部故障一般分為三類：即放電短路故障和過熱故障及設(shè)備進(jìn)入外部空氣和水分的潛伏性故障。

2.1 變壓器放電故障產(chǎn)生的原因

變壓器放電分為火花放電、弧光放電及局部放電。（1）火花放電，放電能量較低，多由接觸不良所造成的，如電流互感器內(nèi)部引線對外殼放電和鐵芯接地片接觸不良造成的懸浮電位放電。（2）弧光放電，又稱為高能量放電，原因通常是線卷匝、層間絕緣擊穿，過電壓引起的內(nèi)部閃絡(luò)。（3）局部放電，在變壓器引線、端部絕緣結(jié)構(gòu)及突出的金屬電極表面，如油箱內(nèi)壁的焊縫及附在其上的焊渣；造成了絕緣結(jié)構(gòu)中電場分布不均勻，極易產(chǎn)生局放。

2.2 變壓器過熱故障產(chǎn)生的原因

變壓器過熱故障可以分為高溫過熱、中溫過熱、低溫過熱。主要原因是：（1）鐵心兩點或多點接地；（2）引線連接不良；（3）分接開關(guān)接觸不良；（4）鐵芯間短路或被異物短路；（5）部分繞組短路或不同電壓比并列運行，引起的循環(huán)電流發(fā)熱。

3氣相色譜數(shù)據(jù)的綜合判斷

三比值法是目前我國主要采用的方法，經(jīng)過經(jīng)驗總結(jié)，該方法采用五種特征氣體相比構(gòu)成五個比值，然后依據(jù)經(jīng)驗確定了比值的范圍與大小對應(yīng)的意義，從而對其進(jìn)行編碼，實現(xiàn)不同類型故障的診斷。該方法已被國際電工委員會（IEC）組織推薦使用，得到廣泛認(rèn)可。

3.1 氣體產(chǎn)氣速率的注意值

氣體產(chǎn)氣速率是除氣體容量和種類之外分析變壓器內(nèi)部故障的又一參考指標(biāo)，產(chǎn)氣速率分為相對產(chǎn)氣速率和絕對產(chǎn)氣速率兩種，而相對產(chǎn)氣速率有一個參考基準(zhǔn)，當(dāng)基準(zhǔn)本身濃度較小時，誤差較大，故相對產(chǎn)氣速率可靠性不太高，使用較少。絕對產(chǎn)氣速率使用較多，多在氣體濃度接近設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值或者超過時，進(jìn)行密切關(guān)注。

3.2 對二氧化碳及一氧化碳的判斷

正常情況下，對于開放式變壓器而言，由于變壓器油與空氣接觸，油中會溶解一定量的空氣，但其飽和度不超過10%，所以設(shè)備內(nèi)CO2含量不超過300μL/L，但當(dāng)變壓器固體和絕緣老化或者油長期氧化時，可能會造成CO2及CO含量的明顯增長。當(dāng)檢測計算發(fā)現(xiàn)（CO2/CO）>7時，要關(guān)注固體絕緣材料是否老化。當(dāng)（CO2/CO）<3，則可能是故障高于200℃涉及到固體絕緣材料時，更精確的做法是，應(yīng)將最后兩次檢測的數(shù)據(jù)相減，計算差值，然后計算差值比值重新計算（CO2變/CO變）<3，來判斷故障是否與固體絕緣有關(guān)。

3.3 乙炔含量分析及注意值

乙炔是我們?nèi)粘１O(jiān)控中最重要的一個指標(biāo)，變壓器無故障時，油內(nèi)不會出現(xiàn)乙炔，乙炔是變壓器內(nèi)部出現(xiàn)放電的特征氣體，當(dāng)總烴內(nèi)乙炔含量較小時，通常意味著故障還在形成階段，但乙炔出現(xiàn)明顯增長時，則很有可能是因為發(fā)生了擊穿事故，而乙炔含量的多少與故障缺陷的嚴(yán)重程度與緊迫程度沒有必然的聯(lián)系，反而與產(chǎn)氣的速度有較大的關(guān)系，方便用來判斷故障位置。

4實例分析

4.1故障變壓器參數(shù)及運行情況

某變電站主變，型號為SFPSZ-150000/220，油重41.5噸。該主變自2000年7月投運以來一直運行狀況良好，其運行負(fù)荷均在允許范圍內(nèi)，未直接受到過短路沖擊，歷史試驗數(shù)據(jù)均正常。

4.2故障發(fā)生過程

2010年12月19日，該主變色譜在線檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示氫氣、總烴含量有明顯增長。12月20日，該主變總烴含量達(dá)已達(dá)到192.95μL/L，超過一級報警值，在線色譜出現(xiàn)總烴報警信號。12月21日取樣分析各組分含量，分析結(jié)果為272.21μL/L，數(shù)據(jù)較之前均有明顯增長，其中總烴含量由3月份的10.06μL/L增長到272.21μL/L，超過注意值（150μL/L）。22日跟蹤分析，氫氣、總烴都有上升趨勢。28日對該設(shè)備進(jìn)行了取樣驗證分析，發(fā)現(xiàn)總烴含量增至402.19μL/L。

4.3故障情況分析判斷

利用三比值法對12月28日油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，判斷其編碼為022，對應(yīng)故障應(yīng)為：高于700℃高溫過熱故障；

按日本月岡、大江等人推算的經(jīng)驗公式估算，12月28日該主變的熱點溫度見式（1）：

T=322lg（C2H4/C2H6）+525（1）

即T=322lg（223.28/35.11）+525℃=783.70℃≈784℃

估算溫度與IEC三比值法判斷溫度相符，可以判斷變壓器內(nèi)部存在高溫過熱故障。

根據(jù)12月21日至28日油色譜分析數(shù)據(jù)，得出該時段內(nèi)該主變總烴絕對產(chǎn)氣速率見式（2）。

ra=（Ci2-Ci1）/Δt ×（m/ρ）（2）

即ra=（402.19-272.21）/（7×24）×（41.5/0.89）=36.08mL/h 0.5mL/h；