余 霞

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222042）

0 概述

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來(lái)越高，而當(dāng)前國(guó)際環(huán)境要求更多地使用清潔能源，核電這種清潔能源正是在這樣一個(gè)背景下在國(guó)內(nèi)進(jìn)入一個(gè)高發(fā)展期。核能發(fā)出的電力主要依靠電站變壓器升高電壓后才能輸送到電網(wǎng)，因此變壓器是核電站的最重要設(shè)備之一，該設(shè)備的性能是否正常直接關(guān)系到核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。國(guó)內(nèi)外核電站曾經(jīng)多次出現(xiàn)由于變壓器故障而導(dǎo)致的停堆事故，因此跟蹤發(fā)現(xiàn)變壓器的性能是否穩(wěn)定、及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的異常情況對(duì)核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤其重要。

對(duì)變壓器來(lái)說(shuō)常規(guī)絕緣檢查方法需要停電和停止運(yùn)行后才能進(jìn)行,而通過(guò)對(duì)絕緣油中溶解氣體的氣相色譜分析，來(lái)預(yù)測(cè)故障和檢測(cè)故障的最大的優(yōu)點(diǎn)就是均不需要停運(yùn)變壓器，只需從帶電運(yùn)行的變壓器中抽取少量油樣，即可進(jìn)行分析和檢測(cè)變壓器內(nèi)部是否存在故障及故障的嚴(yán)重程度。實(shí)踐證明，氣相色譜分析檢測(cè)潛伏性故障的靈敏度和有效性非常高。

1 變壓器故障的識(shí)別與診斷

在正常運(yùn)行時(shí)，油浸式變壓器內(nèi)部的絕緣油和有機(jī)絕緣材料，在熱和電的作用下會(huì)產(chǎn)生少量的低分子烴類氣體及一氧化碳、二氧化碳等氣體。但一旦變壓器出現(xiàn)一些故障時(shí)，這些氣體就會(huì)大幅增加，進(jìn)入到變壓器本體的絕緣油中。通過(guò)氣相色譜分析技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)絕緣油中的溶解氣體的濃度，就可識(shí)別變壓器是否存在故障，以及存在哪種類型的故障。

識(shí)別變壓器是否存在故障，我們可以通過(guò)兩種方法來(lái)進(jìn)行識(shí)別：第一種就是油中溶解氣體含量是否達(dá)到注意值，但對(duì)于我們這種核電站的重要設(shè)備來(lái)說(shuō)，一旦出現(xiàn)乙炔就應(yīng)該引起注意了。第二種就是計(jì)算主要?dú)怏w的絕對(duì)產(chǎn)氣速率，或著是總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率，來(lái)跟蹤分析變壓器是否存在故障。

變壓器故障的判斷：變壓器的故障主要分為熱故障和電故障。正常運(yùn)行中的油有少量的一氧化碳和烴類氣體產(chǎn)生。但是，當(dāng)變壓器有內(nèi)部故障時(shí)油中溶解氣體的含量就大不相同了。氣相色譜技術(shù)診斷變壓器性能的基本原理就是利用電站變壓器在故障情況下，變壓器油中氣體組分會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。通過(guò)對(duì)變壓器絕緣油的處理分離出氣體樣品,利用氣相色譜技術(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)氣體組分和含量的變化，利用特征氣體法和三比值法來(lái)跟蹤和診斷變壓器的性能和故障情況。

2 案例解析

本電站某臺(tái)變壓器從2013年7月2日發(fā)現(xiàn)有乙炔以來(lái)，每天一次油中溶解氣體含量的跟蹤分析，直至此臺(tái)變壓器大修停運(yùn)，積累了一千六百多個(gè)分析數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中我們可以知道，一氧化碳和二氧化碳沒(méi)有明顯的增長(zhǎng)，氫氣、乙炔、總烴以同一增長(zhǎng)趨勢(shì)持續(xù)增長(zhǎng)，甲烷、乙烯、乙烷只有少量的增長(zhǎng)。

1）根據(jù)這些分析數(shù)據(jù)，我們可以從以下兩個(gè)方面來(lái)識(shí)別該變壓器是否存在故障：

第一，近七個(gè)月的連續(xù)跟蹤分析，一氧化碳和二氧化碳基本上穩(wěn)定，沒(méi)有明顯增長(zhǎng)。氫氣、乙炔、總烴以同一增長(zhǎng)速率持續(xù)增長(zhǎng)，乙炔在2013年9月初就已經(jīng)超過(guò)了變壓器在正常運(yùn)行情況下的注意值5uL/L。

第二，（1）我們根據(jù)已超過(guò)正常運(yùn)行注意值的乙炔的數(shù)據(jù)，計(jì)算出乙炔的絕對(duì)產(chǎn)氣速率都在3.58mL/d左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了隔膜式變壓器的絕對(duì)產(chǎn)氣速率乙炔的注意值0.2mL/d。（2）根據(jù)第一個(gè)月總烴的數(shù)據(jù)計(jì)算出相對(duì)產(chǎn)氣速率為54.68%。

從以上兩條我們可以看出，乙炔含量已超過(guò)正常運(yùn)行的注意值，乙炔的絕對(duì)產(chǎn)氣速率和總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率都超過(guò)了注意值，所以我們有理由判斷該變壓器可能存在故障。

2）在確定該變壓器存在故障后我們就用特征氣體法和三比值法來(lái)對(duì)故障進(jìn)行判斷：

第一，我們從收集的數(shù)據(jù)中來(lái)看，油中的CO和CO2含量幾乎沒(méi)有變化，而其中H2和C2H2增長(zhǎng)趨勢(shì)非常明顯，因此，根據(jù)特征氣體分析方法可以判定該變壓器應(yīng)該是放電故障而不涉及到固體絕緣。

第二，利用三比值法對(duì)歷次色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的比值得出的編碼為：120和100，由此也可以判斷該變壓器的故障類型為電弧放電。

根據(jù)以上油中溶解氣體含量的情況分析，再結(jié)合超聲波定位儀監(jiān)測(cè)的分析結(jié)果，認(rèn)為該變壓器存在間歇性低能量的裸金屬放電，不涉及固體絕緣，同時(shí)根據(jù)該變壓器各部件的改造情況，分析認(rèn)為此故障應(yīng)是變壓器高壓套管均壓球與套管接觸不牢，運(yùn)行中振動(dòng)造成放電的可能性最大。并且經(jīng)各方專家分析，此故障尚不至于對(duì)變壓器的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，該變壓器在每天一次的分析頻度下一直運(yùn)行到大修停運(yùn)為止。

該變壓器在大修停運(yùn)后，進(jìn)行了吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)確實(shí)如上述分析的故障一致，檢修人員通過(guò)高壓側(cè)人孔將均壓球取出，檢查發(fā)現(xiàn)均壓球與三個(gè)支撐爪連接的地方有大量碳泥，連接處已腐蝕三分之二，其中一個(gè)支撐爪在拆除過(guò)程中脫落，另一個(gè)支撐爪也即將脫落。其他部位未發(fā)現(xiàn)異常。

3）該變壓器檢修完畢后對(duì)設(shè)備中的絕緣油進(jìn)行了濾油處理，然后對(duì)其油中的溶解氣體進(jìn)行了連續(xù)的跟蹤分析。

濾油處理至色譜分析結(jié)果乙炔為未檢出，其他溶解氣體也達(dá)到了運(yùn)行前的油質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但在停運(yùn)的情況下，放置兩個(gè)月后再次對(duì)該臺(tái)變壓器進(jìn)行油中溶解氣體分析，又發(fā)現(xiàn)了微量的乙炔，其他溶解氣體無(wú)明顯增長(zhǎng)。立刻決定對(duì)該臺(tái)變壓器進(jìn)行每周一次的連續(xù)跟蹤分析，乙炔在持續(xù)增長(zhǎng)到1.9uL/L左右后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定水平。再次對(duì)變壓器中的絕緣油進(jìn)行濾油處理，直至油中的溶解氣體達(dá)到運(yùn)行前的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)后停止濾油。但該臺(tái)設(shè)備中的絕緣油，在一個(gè)月后的油中溶解氣體色譜分析時(shí)，還是有0.2uL/L的乙炔出現(xiàn)。

從我們收集的數(shù)據(jù)中可以看到，從2014年11月29日開(kāi)始，乙炔和氫氣都有一個(gè)下降的趨勢(shì)，再結(jié)合設(shè)備停運(yùn)后，已經(jīng)濾掉了油中的溶解氣體，可過(guò)一段時(shí)間還會(huì)從油中檢測(cè)出乙炔來(lái)看，應(yīng)該是變壓器中的固體絕緣材料對(duì)一些故障產(chǎn)生的溶解氣體進(jìn)行了吸附，使油中的溶解氣體含量有所下降。而在停運(yùn)檢修后的幾個(gè)月甚至是更長(zhǎng)的時(shí)間里，會(huì)慢慢的釋放出來(lái)。

3 結(jié)論

1）雖然我們通過(guò)氣相色譜分析技術(shù)對(duì)該變壓器的故障分析完全正確，但是如果運(yùn)行期間均壓球完全脫落將會(huì)釀成嚴(yán)重的事故。因此，任何故障發(fā)生時(shí)，不能光靠絕緣油中溶解氣體的含量來(lái)進(jìn)行判斷，還必須結(jié)合電氣試驗(yàn)、設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境等多方面的因素，才能保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）通過(guò)對(duì)故障設(shè)備檢修后絕緣油中溶解氣體的氣相色譜分析結(jié)果，確定變壓器中的絕緣紙等固體絕緣材料對(duì)油中的溶解氣體是有吸附作用的，因此當(dāng)溶解氣體含量達(dá)到一定峰值的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)氣體含量的一個(gè)回落現(xiàn)象。而在故障檢修完畢,濾掉油中的溶解氣體后，還會(huì)在后面的幾個(gè)月中慢慢釋放出來(lái)。這對(duì)一些故障變壓器在檢修后再投運(yùn)，發(fā)現(xiàn)有少量故障氣體釋放時(shí)，是具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義的。

［1］GB/T17623-1998絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測(cè)定法[S].

［2］GB/T7252-2001變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則[S].

［3］王曉鴛,等.變壓器故障與監(jiān)測(cè)[J].