趙世欽，劉大勇

（1.南網(wǎng)都勻供電局，貴州 都勻 558000；2.國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司，長(zhǎng)春 130021）

油中溶解氣體分析在電力變壓器診斷性試驗(yàn)和在線監(jiān)測(cè)中備受關(guān)注并成功應(yīng)用。油中溶解氣體的組分和含量與故障的類(lèi)型和程度緊密相關(guān)，通過(guò)對(duì)絕緣油中溶解氣體進(jìn)行氣相色譜分析，可及時(shí)檢測(cè)變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障以及故障發(fā)展趨勢(shì)。110kV 碧波變電所1號(hào)主變于2003年9月投運(yùn)，容量63 000kVA，油枕為金屬膨脹器，油質(zhì)量17.5t。2006年7月曾因硅鋼片與接地軟銅片搭接造成鐵心多點(diǎn)接地，故障處理后一直正常運(yùn)行。2012年2月7在常規(guī)取樣預(yù)試中發(fā)現(xiàn)色譜數(shù)據(jù)異常。下面對(duì)此做出分析與判斷。

1 主變壓器運(yùn)行狀況及故障診斷

1.1 前期離線數(shù)據(jù)跟蹤及故障分析

該主變色譜數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常前，在線監(jiān)測(cè)因在建平臺(tái)未能有效傳輸數(shù)據(jù)，近期三側(cè)線路也未有異常故障及長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象。異常情況出現(xiàn)后，制定策略進(jìn)行跟蹤，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，以確定變壓器故障類(lèi)型。該主變故障前一次預(yù)試數(shù)據(jù)及故障后跟蹤數(shù)據(jù)部分見(jiàn)表1。

采取2012年2月13日復(fù)查結(jié)果與同年2月7日數(shù)據(jù)分析對(duì)比如下：φ（C1＋C2）＝864.3μL／L，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的150μL／L，φ（H2）＝173μL／L，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的150μL／L，相對(duì)產(chǎn)氣速率64%／月，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的10%／月，絕對(duì)產(chǎn)氣速率319.79 mL／d［1］。由此可知，設(shè)備內(nèi)部可能存在發(fā)展較為迅速的故障。

表1 1號(hào)主變故障前一次預(yù)試數(shù)據(jù)及故障后跟蹤離線數(shù)據(jù) μL／L

1.2 在線數(shù)據(jù)分析

修復(fù)該主變油在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后，調(diào)取在線監(jiān)測(cè)色譜數(shù)據(jù)做跟蹤和輔助分析，具體情況見(jiàn)表2。

根據(jù)表2在線數(shù)據(jù)，對(duì)同段時(shí)間離線2012年2月13日和同年2月5日數(shù)據(jù)復(fù)查得出如下結(jié)果：φ（C1＋C2）＝704.6μL／L，大于標(biāo)準(zhǔn)要求的150μL／L；相對(duì)產(chǎn)氣速率6.2%／月，低于標(biāo)準(zhǔn)要求的10%／月，絕對(duì)產(chǎn)氣速率26.9mL／d。雖然相對(duì)產(chǎn)氣速率低于10%／月，但絕對(duì)產(chǎn)氣速率大于標(biāo)準(zhǔn)12 mL／d［1］的2倍，設(shè)備內(nèi)部同樣存在較為嚴(yán)重故障，相對(duì)產(chǎn)氣速率低是總烴基數(shù)大所致。

表2 某變電所1號(hào)主變?cè)诰€數(shù)據(jù) μL／L

由上述分析可知，雖然在、離線數(shù)據(jù)有差別，但對(duì)應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)滿足30%的平行誤差范圍，且在、離線數(shù)據(jù)均表明，設(shè)備內(nèi)部存在較為嚴(yán)重的故障。

1.3 故障類(lèi)型分析與判斷

1.3.1 特征氣體法判斷

取2月13日離線數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），根據(jù)特征氣體法分析：φ（C1＋C2）＝864.3μL／L，C2H4占 總 烴49.5%，CH4占 總 烴34.8%，CH4、C2H4占 總 烴84.3%，且C2H4大于CH4，H2占總烴16.6%，CO值較小且并未明顯增長(zhǎng)，φ（CO）／φ（CO2）＝0.046，C2H2痕量，采用特征氣體法判斷為高于500℃裸金屬高溫過(guò)熱。

1.3.2 改良三比值法判斷

對(duì)部分跟蹤離線數(shù)據(jù)進(jìn)行三比值計(jì)算與分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 離線數(shù)據(jù)三比值計(jì)算結(jié)果

由表3可知，多次跟蹤三比值判斷均為0 2 2，屬于高于700℃以上高溫過(guò)熱，因此綜合判斷，設(shè)備存在高于500℃裸金屬過(guò)熱［2］。

1.4 故障狀況分析

1.4.1 熱點(diǎn)溫度估算

分別取幾個(gè)典型的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行溫度計(jì)算，公式［2］如下：

將表1中2月13日離線數(shù)據(jù)代入公式（1），有：t＝685.9℃

將表1中5月3日離線數(shù)據(jù)代入公式（1），有：t＝679.3℃

將表2中5月5日在線數(shù)據(jù)代入公式（1），有：t＝659.9℃

通過(guò)以上計(jì)算可以看出，幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)溫度相差不大，故障發(fā)展較為平穩(wěn)，但與改良三比值法判斷的高于700℃存在矛盾，分析原因估計(jì)主要是三比值屬于比值法，基數(shù)過(guò)大容易造成影響，因此，在不能濾油脫氣情況下，以2012年2月7日離線數(shù)據(jù)基數(shù)為原始基數(shù)去除，后面跟蹤數(shù)據(jù)一律除去基數(shù)算新色譜數(shù)據(jù)，得到較為典型的2組數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4）。

表4 以2012年2月7日為基數(shù)的去基數(shù)離線表

根據(jù)表4中2012年5月3日離線數(shù)據(jù)，同樣采用特征氣體法和改良三比值法，判斷屬于高于500℃裸金屬過(guò)熱，改良三比值法計(jì)算比值021，φ（CO）／φ（CO2）＝0.01，裸金屬中溫過(guò)熱（300～700℃），通過(guò)將2012年5月3日離線數(shù)據(jù)代入公式（1）估算，溫度為644.1℃，由此可見(jiàn)故障類(lèi)型與溫度估算相互得到印證。

1.4.2 故障面積估算

以表4中2012年5月3日去基數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行面積估算［2］：

式中：S為故障源面積；r為單位時(shí)間產(chǎn)氣量，根據(jù)表4中氣體體積比及時(shí)間差，結(jié)合變壓器油重計(jì)算后，該處取0.075 75mL／min；K為單位面積產(chǎn)氣速率，根據(jù)溫度644.1℃，由變壓器油裂解產(chǎn)氣速率與溫度的關(guān)系，該處取0.025mL／（mm2·min）。

1.4.3 故障部位分析

根據(jù)故障類(lèi)型看，溫度長(zhǎng)期在650℃左右，由C2H2衡量，雖然乙烯占比例最多，但也未到50%，根據(jù)此特征可初步判斷，故障部位在變壓器磁路上［2］。

根據(jù)總烴安伏法，在變壓器過(guò)熱故障中，若故障在導(dǎo)電回路，總烴增長(zhǎng)隨電流增大而加快；若發(fā)生在磁路上，總烴增長(zhǎng)隨電壓增大而加快。

根據(jù)總烴安伏法，在故障部位中的判斷，調(diào)取有代表性的2012年4月12日、4月14日、4月17日進(jìn)行安伏法在線數(shù)據(jù)分析（見(jiàn)表5）。

表5 根據(jù)總烴安伏法判斷變壓器在線數(shù)據(jù)

由表5可知，總烴φ（C1＋C2）隨著10kV 側(cè)電壓的增大減小同時(shí)增大減小，具有正關(guān)聯(lián)性，與電流不存在正關(guān)聯(lián)性，由此可以證明故障在磁路系統(tǒng)［3］，如鐵心多點(diǎn)接地，鐵心局部短路等等，結(jié)合故障面積只有3.03mm2判斷，極可能是一根鐵絲或者小金屬雜質(zhì)造成的短路，或者某個(gè)尖角突出造成。

2 變壓器大修及后續(xù)跟蹤與分析

2012年7月中旬對(duì)該變壓器進(jìn)行停電試驗(yàn)和吊罩處理，經(jīng)過(guò)高壓試驗(yàn)，測(cè)得鐵心對(duì)地絕緣電阻為0，鐵心多點(diǎn)接地，但吊罩并未找到鐵心多點(diǎn)接地點(diǎn)，后采用試驗(yàn)變壓器工頻電壓沖擊接地點(diǎn)，直至鐵心對(duì)地絕緣電阻達(dá)到100 MΩ，濾油脫氣注油后重新投運(yùn)。

變壓器檢修處理后于2012年7月14日投運(yùn)，按照正常的檢修投運(yùn)后跟蹤周期，異常情況仍然存在，變壓器檢修投運(yùn)后離線跟蹤數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

通過(guò)表6、表7 可見(jiàn)，在線、離線數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)基本接近，同時(shí)總烴都在短期內(nèi)超過(guò)注意值150 μL／L，設(shè)備內(nèi)部極可能還存在故障?？紤]到設(shè)備未經(jīng)真空注油，在固體絕緣紙板、絕緣紙和殘存在底部的油中還有殘存的故障氣體，這些氣體在新設(shè)備投運(yùn)過(guò)程中會(huì)慢慢溶解到變壓器油中，同時(shí)由于變壓器油在檢修時(shí)并未全部排干凈，剩余的變壓器油中氣體也會(huì)溶解到油中，這個(gè)剩余的油保守按照0.3t考慮等等，這些影響因素在溶解平衡過(guò)程需要一定的時(shí)間（一般在3個(gè)月以內(nèi)），會(huì)對(duì)產(chǎn)氣速率的故障判斷和三比值造成影響，因此，必須采用極限值估算對(duì)比來(lái)進(jìn)行故障反推判斷。

表6 變壓器檢修投運(yùn)后離線跟蹤數(shù)據(jù) μL／L

表7 變壓器檢修投運(yùn)后在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) μL／L

此變壓器約用絕緣紙板2t，規(guī)格為4cm×2 200cm×4 800cm 絕緣紙10張，成像木2t，通過(guò)公式（3）估算在溶解平衡后這些硬絕緣中溶解氣體殘留增加濃度，同時(shí)根據(jù)殘留油0.3t計(jì)算殘留油增加的體積比（見(jiàn)表8）。

在此進(jìn)行一個(gè)故障的反推，假定每天變壓器都按照GB 7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》推薦的絕對(duì)產(chǎn)氣速率極限進(jìn)行產(chǎn)氣（見(jiàn)表9）。

表8 變壓器油未參與脫氣處理的殘留體積比μL／L

表9 GB7252—2001推薦的隔膜式變壓器油中氣體絕對(duì)產(chǎn)氣速率注意值 mL／d

假定每天都按照極限值產(chǎn)氣，同時(shí)將硬絕緣和殘存油中溶解氣體平衡值和真空脫氣后數(shù)值（表10）相加得到一個(gè)脫氣后運(yùn)行的極限理論值，與實(shí)際值比較，見(jiàn)表11。

表10 某變電所1號(hào)主變產(chǎn)氣故障極限理論值μL／L

從上述比較可知，2012年7月30日開(kāi)始總烴實(shí)測(cè)值就開(kāi)始比發(fā)生故障的極限理論值大，且增長(zhǎng)較快，證明設(shè)備內(nèi)部存在故障，而CO 未超過(guò)極限值，證明故障未涉及固體絕緣。此時(shí)根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)表6進(jìn)行故障分析如下。

將表6中2012年9月10日跟蹤數(shù)據(jù)代入公式（1），得到溫度估算值t＝567.18℃。

根據(jù)公式（2），由表6中氣體濃度及時(shí)間差結(jié)合變壓器油重r 計(jì)算0.075 6 mL／min，根據(jù)溫度567.18℃，由變壓器油裂解產(chǎn)氣速率與溫度的關(guān)系，K 取0.02mL／（mm2·min），2012年9月10日面積估算：S＝3.78mm2。

采用2012年9月10日數(shù)據(jù)，根據(jù)特征氣體法判斷為500℃裸金屬過(guò)熱，改良三比值法計(jì)算比值為021，屬于300～700℃中溫過(guò)熱，綜合判斷為500～700℃過(guò)熱故障。

表11 某變電所1號(hào)主變產(chǎn)氣極限反推數(shù)據(jù) μL／L

三種方法對(duì)故障的判斷均相互吻合，對(duì)鐵心接地電流進(jìn)行測(cè)量，均為100mA 以內(nèi)，證明已無(wú)鐵心多點(diǎn)接地故障。結(jié)合檢修前后故障的特性相似，推斷可能為同一物如細(xì)金屬絲，在前期多點(diǎn)接地的故障在電流沖擊脫落后回落造成鐵心局部短路。后來(lái)進(jìn)行的一系列跟蹤中，數(shù)據(jù)在前一段的增長(zhǎng)較短時(shí)間后，后面基本趨于穩(wěn)定，證明故障已經(jīng)趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

油中溶解氣體分析作為電力變壓器故障診斷的權(quán)威和成熟的技術(shù)一直被廣泛使用，本文在一臺(tái)變壓器故障分析中采用油中溶解氣體分析法，準(zhǔn)確進(jìn)行了設(shè)備故障分析，指出在故障判斷中，不僅要對(duì)故障類(lèi)型及故障狀況有一個(gè)準(zhǔn)確的判斷和系統(tǒng)性分析，還要在分析中采用特征氣體法和三比值法等多種不同類(lèi)別的方法同時(shí)進(jìn)行判別和印證，最終得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。

［1］Q／CSG 1 0007—2011電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程［S］.

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

［3］楊民周.用總烴安伏曲線法判斷主變壓器過(guò)熱時(shí)的故障回路［J］.變壓器，1992，（11）：37－40.