張江，李丹

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平日益提升，這也在人們的日常用電上得到體現(xiàn)，人們對電力需求不斷增加，這也對發(fā)電廠的供電能力提出了考驗[1]。因此，電廠要不斷優(yōu)化自身技術(shù)，提升管理水平，確保人們的日常用電需求。在發(fā)電廠的日常運(yùn)行管理過程中，不可避免的會因為一些設(shè)備故障導(dǎo)致電廠運(yùn)行出現(xiàn)問題，進(jìn)而對正常供電造成影響。變壓器是電廠運(yùn)行中極為重要的設(shè)備，加到變壓器的維護(hù)管理是電廠工作的關(guān)鍵所在。然而在電廠的日常工作中，變壓器設(shè)備不可避免的出現(xiàn)各類故障，變壓器的油色譜出現(xiàn)異常是其出現(xiàn)問題的主要表現(xiàn)之一[2]。因而，電廠變壓器油色譜一旦出現(xiàn)異常情況，工作人員應(yīng)及時進(jìn)行問題分析并加以處理，從而在最短時間內(nèi)回復(fù)變壓器的正常運(yùn)行，確保電廠供電工作的穩(wěn)定可靠進(jìn)行。

1 應(yīng)用油色譜分析故障的原理

眾所周知，變壓器的絕緣材料主要由變壓器油和浸入油中的有機(jī)絕緣材料組成。變壓器油是石油的分餾產(chǎn)物，主要由烷烴(CnH2n+2)、環(huán)烷族飽和烴(CnH2n)和芳香族不飽和烴(CnH2n-2)等化合物組成[3]。有機(jī)絕緣材料主要由纖維素(C6H10O5)n組成。在熱和電的作用下，變壓器油和浸入其中的絕緣材料將逐漸老化和分解。烷烴的熱穩(wěn)定性最差，在高溫下極易被裂化，在裂化過程中，大分子烷烴化學(xué)鍵斷裂后會分裂為小分子的烷烴(CnH2n+2)，烯烴(CnH2n)以及H2，CO和CO2氣體。氣體類型和施加的能量之間的關(guān)系如表1所示。

表1 氣體種類與外施能量的關(guān)系Table 1 Relationship between gas species and applied energy

當(dāng)變壓器出現(xiàn)過熱故障時，如果只有熱源變壓器油分解，產(chǎn)生的特征氣體主要是CH4，C2H4，兩者的總和通常占總碳?xì)浠衔锏?0%以上[4]。當(dāng)熱點溫度超過500℃時，C2H4，H2急劇增加，比例增大;當(dāng)熱點溫度超過800 ℃時，產(chǎn)生少量的C2H2，其最大含量小于或等于C2H4含量的10%。在熱平衡下產(chǎn)生的氣體的分壓-溫度關(guān)系如圖1所示。

盡管根據(jù)熱力學(xué)平衡理論，Halstead在理想極限的平衡狀態(tài)下建立了上述氣體分壓-溫度關(guān)系模型，但這種平衡狀態(tài)在實際故障中不存在。然而，它提出了變壓器故障和熱力學(xué)模擬之間的一些相關(guān)性，并且對于使用油色譜分析來估計變壓器內(nèi)部故障的溫度是有價值的。

圖1 熱平衡下的氣體分壓一溫度關(guān)系Fig. 1 Gas partial pressure-temperature relation under thermal equilibrium

也就是說，在測量變壓器油中的各種氣體含量后，根據(jù)氣體總量和每種特征氣體的比例，可以確定變壓器的故障類型以及變壓器可能出現(xiàn)的故障。這是應(yīng)用變壓器油色譜診斷變壓器故障的基本原理[5]。

2 變壓器發(fā)生異常的情況

變壓器的運(yùn)行情況是否正常直接關(guān)系著電廠的運(yùn)行穩(wěn)定性，為保障電廠的正常運(yùn)行，工作人員必須按照相關(guān)規(guī)則和流程對變壓器進(jìn)行定期的檢修與維護(hù)工作。通過對變壓器的維護(hù)，可以發(fā)現(xiàn)變壓器存在隱患問題，并對問題進(jìn)行分析和處理，同時也可以為變壓器的運(yùn)行情況提供參考，方便下一次的維護(hù)工作[6]。通過日常檢修可以對變壓器的運(yùn)行情況做出大致的判斷，很多時候，人為或者機(jī)械設(shè)備故障是引起變壓器油色譜異常的主要因素。檢修人員對變壓器進(jìn)行檢查時，能夠及時發(fā)現(xiàn)循環(huán)電流故障，該故障是由磁回路故障造成的，這時就需要展開區(qū)域停電檢修，從而查找出變壓器油色譜異常的具體原因以及故障發(fā)生的位置。電廠變壓器的檢修與維護(hù)工作技術(shù)要求高，工作難度大，檢修人員通常要在現(xiàn)場進(jìn)行變壓器的檢修和故障處理，油色譜分析對于找出變壓器故障具有十分重要的意義[7]。此外，在進(jìn)行電廠變壓器油色譜分析時，檢修人員要盡可能在變壓器空載狀況下進(jìn)行油色譜分析，這樣才能更加快速有效的發(fā)現(xiàn)故障的原因以及發(fā)生位置。

3 電廠變壓器油色譜異常的處理方法

隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟，其應(yīng)用也越來越廣泛，當(dāng)前我國已開始將人工智能技術(shù)應(yīng)用于變壓器油色譜分析，利用智能化軟件對變壓器的油色譜異常情況進(jìn)行分析，工作人員就能借助智能軟件分析的數(shù)據(jù)，更加便捷和準(zhǔn)確的找出故障所在，提升了變壓器故障處理效率和質(zhì)量，保障了電廠的正常穩(wěn)定運(yùn)行[8]。

實踐經(jīng)驗證明，變壓器油色譜出現(xiàn)異常并且一些微量的金屬元素含量不同時，通常會引發(fā)變壓器內(nèi)部鐵芯短路，如果出現(xiàn)這種情況，就會嚴(yán)重影響變壓器的正常運(yùn)行，進(jìn)而對整個電廠的運(yùn)行造成不利影響。如果出現(xiàn)上述情況，工作人員應(yīng)與生產(chǎn)廠家聯(lián)系，由廠家運(yùn)回廠進(jìn)行吊芯處理[9-10]。

在電廠變壓器出現(xiàn)油色譜異常時，對潛油泵展開全面細(xì)致的檢查至關(guān)重要。潛油泵故障是造成變壓器油色譜異常的重要因素，因此，如果變壓器出現(xiàn)油色譜異常，要及時對潛油泵進(jìn)行觀察，從而能夠及時對變壓器故障進(jìn)行排查和確定[11]。當(dāng)潛油泵發(fā)生了局部升溫或者長期處在高溫狀態(tài)下時，與潛油泵接觸的油就會發(fā)生較大的變化，很大程度上加大了發(fā)生油裂的概率，從而影響變壓器的正常運(yùn)行。潛油泵的檢查可以利用超聲波檢測法，超聲波檢測法不會對潛油泵造成損傷，同時能夠分析處潛油泵故障發(fā)生的原因以及具體位置，采用超聲波檢測法進(jìn)行油泵檢查能夠很大程度提升變壓器的運(yùn)行安全穩(wěn)定性。變壓器潛油泵的定子故障大多數(shù)情況下是由變壓器自身攜帶的一些金屬渣粒所造成的[12-13]。在變壓器的維護(hù)檢修工作中，如果發(fā)現(xiàn)是因潛油泵導(dǎo)致變壓器故障時，工作人員應(yīng)采用調(diào)換的方法對其進(jìn)行觀察與監(jiān)測，如果調(diào)換以后的方案能夠保證潛油泵正常工作，就說明該方案能夠保證變壓器的正常運(yùn)行，假如調(diào)換后不能正常工作，那么就要接著對變壓器潛油泵進(jìn)行更加詳細(xì)的分析以及處理[14-15]。

4 實例分析

2016年9月，國內(nèi)某火力發(fā)電廠在1號主變壓器預(yù)防性試驗中發(fā)現(xiàn)了變壓器油色譜分析的異常情況。2015年8月的色譜分析比較數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 色譜分析結(jié)果（μL/L）Table 2 Chromatographic analysis results (μL/L)

從表中給出的數(shù)據(jù)可以看出，變壓器油中H2，CH4，C2H4和總烴的含量明顯增加。這表明失故障正在惡化。當(dāng)H2和C2H2的含量增加時，表明變壓器具有高溫過熱或放電型故障。該故障氣體主要含有兩種主要氣體CH4和C2H4，表明發(fā)生過熱或接觸不良。CO和CO2含量的增加表明該故障涉及固體絕緣材料的熱分解。通過分析判斷，發(fā)現(xiàn)該故障是高溫過熱故障，主要是接頭未焊接，夾具螺釘松動，開關(guān)接觸不良，短路等。

根據(jù)這一判斷，維護(hù)人員有針對性地檢查和修復(fù)了這類問題，發(fā)現(xiàn)故障的原因是電站不合格。也就是說，變壓器的低壓側(cè)區(qū)域中的套筒型導(dǎo)電桿和引線上的鍍銅連接螺栓松動。因此，可以通過更換導(dǎo)電桿和螺栓來消除故障排除。檢查完成后，使用直流電阻測試來確認(rèn)故障已經(jīng)消除。

5 結(jié)論

變壓器的正常運(yùn)行是確保電廠正常運(yùn)行的重要設(shè)備之一。因此，與電廠相關(guān)的工作人員的一項重要任務(wù)是對變壓器進(jìn)行日常檢查和維護(hù)。如果變壓器發(fā)生故障，則不易修理，在電廠變壓器的日常運(yùn)行過程中，工作人員需要對變壓器的油色譜變化進(jìn)行積極觀察和分析，從而方便對變壓器的運(yùn)行情況是否良好做出及時的判斷。通過這樣做，可以極大地方便變壓器的維護(hù)，從而有效的降低了變壓器的運(yùn)行維護(hù)難度，避免了因變壓器故障發(fā)現(xiàn)不及時而造成的經(jīng)濟(jì)損失，有利于確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。