臺(tái)山核電合營有限公司 張 峰 孫兆文

變壓器在電力系統(tǒng)中承擔(dān)非常重要的作用，特別是500kV大型油浸式變壓器更是作為電站或線路中的關(guān)鍵敏感設(shè)備，需保證安全可靠的運(yùn)行。為監(jiān)視變壓器的運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，油樣化驗(yàn)是常見檢測手段之一。除了常見的H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等7種特征氣體檢測外，含氣量也是變壓器油品的重要指標(biāo)。500kV大型油浸式變壓器在投運(yùn)前，要求油中含氣量（體積分?jǐn)?shù)）不超過1%，投運(yùn)后應(yīng)不大于3%。這是因?yàn)殡S著投運(yùn)時(shí)間增加，變壓器油在高電壓、高場強(qiáng)下逐步分解、溶解，導(dǎo)致含氣量緩慢增長。變壓器在運(yùn)行過程中，如發(fā)生含氣量超標(biāo)或快速變化要格外引起注意，需快速定位含氣量異常的原因并處理。

某電廠500kV主變壓器（簡稱主變）由三臺(tái)單相變壓器組成，2017年10月投運(yùn)，為特變電工沈陽變壓器有限責(zé)任公司制造，型號(hào)為DFP-700000/500TH，冷卻方式ODAF。2019年1月對主變進(jìn)行例行油化驗(yàn)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)C相油中含氣量為3.15%，大于國標(biāo)中規(guī)定的運(yùn)行中的變壓器油中含氣量不大于3%的規(guī)定。A、B兩相化驗(yàn)結(jié)果正常（A相含氣量為0.45%、B相為1.25%）。

1 變壓器油中含氣量超標(biāo)問題的原因分析及危害

各種氣體在變壓器油中擁有不同的溶解臨界數(shù)值，溶解在油中各種氣體的總含量（體積百分比）稱作含氣量。在正常條件下，變壓器變壓器油中溶解氣體主要來自三個(gè)方面：外部的氣體侵入。一般為密封不嚴(yán)造成的空氣進(jìn)入，主要表現(xiàn)為N2和O2大量增加，其他無異常；變壓器油中水分解。變壓器在制造、安裝、存儲(chǔ)過程中，變壓油中難以避免會(huì)有殘留的少量水分，水分分解導(dǎo)致油中含氣量增加；變壓器內(nèi)部故障。如過熱或放電等，主要表現(xiàn)在 H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等7種特征氣體含量升高，特別是H2、CO、CO2更為明顯。

溶解于變壓器油中的氣體含量較高時(shí)會(huì)對變壓器的運(yùn)行造成危害，主要體現(xiàn)在：絕緣強(qiáng)度下降。含氣量較高，意味著變壓器中溶解的氣體會(huì)在一定的條件下更容易析出、聚集成氣泡，在變壓器內(nèi)部高電壓、高場強(qiáng)的環(huán)境下產(chǎn)生氣泡放電，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度下降；造成瓦斯繼電器動(dòng)作。瓦斯繼電器安裝在變壓器本體與儲(chǔ)油柜之間的管道上，當(dāng)含氣量超標(biāo)時(shí)氣體容易快速析出，沖擊瓦斯繼電器擋板，使相應(yīng)觸點(diǎn)動(dòng)作，導(dǎo)致報(bào)警或變壓器非計(jì)劃停運(yùn)；加快變壓器油老化。當(dāng)變壓器油與空氣直接接觸時(shí)導(dǎo)致老化加快，分解產(chǎn)生水、酸、油泥等[1]。上述產(chǎn)物導(dǎo)致變壓器油的冷卻作用下降，使變壓器運(yùn)行溫升增加，進(jìn)一步加速變壓器油等老化。因此變壓器運(yùn)維過程中需要加強(qiáng)對含氣量監(jiān)視，分析并處理，避免發(fā)生事故。

2 變壓器油含氣量超標(biāo)問題分析及現(xiàn)場檢查與處理

首先對變壓器油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：結(jié)合主變C相2018年6月至2019年1月的變壓器油樣數(shù)據(jù)集及1月22日油色譜數(shù)據(jù)分析，三比值編碼為000，判斷為無故障。進(jìn)一步分析H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等7種特征氣體含量穩(wěn)定且無明顯變化，可排除內(nèi)部放電、過熱等故障情況。結(jié)合如下油樣數(shù)據(jù)，可以看到主要是N2和O2明顯升高，特別是主變C相N2含量由13311μL/L上升至27138μL/L，二者比值與空氣接近且增加明顯，其他兩相N2含量均小于9300μL/L。因此判斷引起含氣量升高的主要原因，應(yīng)為外部空氣進(jìn)入所致。2019年1月下旬主變進(jìn)行了停電檢查處理。

表1 主變?nèi)郚2及O2含量變化

根據(jù)電力行業(yè)變壓器運(yùn)行處理經(jīng)驗(yàn)，造成變壓器含氣量升高的原因有以下方面：

變壓器本體密封不嚴(yán)：大型電力變壓器由于其設(shè)計(jì)復(fù)雜、體積巨大、部件繁多，大量使用閥門及接頭等，如密封不嚴(yán)就會(huì)有油滲出，在地面形成明顯的油跡。由于上述檢查比較直觀且容易落實(shí)，現(xiàn)場檢查變壓器本體、附件、主廠變本體、管道閥門無滲漏油痕跡，因此可能性排除；變壓器負(fù)壓區(qū)吸入空氣：油泵作為變壓器冷卻裝置的重要組成部分，特別是在強(qiáng)油導(dǎo)向風(fēng)冷（ODAF）運(yùn)行模式下，在油泵區(qū)域附近易產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，易導(dǎo)致空氣進(jìn)入?，F(xiàn)場對主變油泵負(fù)壓區(qū)附近進(jìn)行全面檢查：校驗(yàn)法蘭螺栓緊固力矩、檢查表面密封情況，未見異常，因此上述可能性排除。

變壓器在線監(jiān)測裝置密封不嚴(yán)[2]：近年來油色譜在線裝置在大型變壓器中得到廣泛使用，特別是加裝的油色譜管線與變壓器本體直接相連，如果管線密封不嚴(yán)、空氣進(jìn)入導(dǎo)致含氣量上升。由于該主變前期尚未安裝在線監(jiān)測裝置，因此可以排除其可能性。

變壓器膠囊破裂或固定螺栓松動(dòng)：該主變?yōu)槿芊饽z囊式儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)，膠囊通過連接螺栓與油枕頂部相連。如膠囊本身破裂導(dǎo)致油枕內(nèi)部變壓器油與空氣直接接觸，若膠囊破損嚴(yán)重，油位計(jì)浮球無法浮動(dòng)、導(dǎo)致油位計(jì)卡住不動(dòng)。結(jié)合巡檢數(shù)據(jù)，該變壓器未發(fā)現(xiàn)此情況。由于膠囊固定在油枕頂部，如連接螺栓松動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致膠囊與油枕聯(lián)通、含氣量上漲的情形[3]。歷史反饋，主變B相在安裝階段曾發(fā)現(xiàn)油位計(jì)長期不動(dòng)，經(jīng)過現(xiàn)場排油檢查，發(fā)現(xiàn)膠囊頂部連接螺栓存在松動(dòng)的情況，膠囊與油枕連通，空氣進(jìn)入油枕，導(dǎo)致含氣量明顯上漲。

為進(jìn)一步驗(yàn)證油枕及膠囊的密封性，拆下呼吸器，提前準(zhǔn)備符合要求的氮?dú)?，使用充氣氣管與儲(chǔ)油柜頂部呼吸口處法蘭相連接。關(guān)閉瓦斯繼電器變壓器側(cè)閥門，打開氮?dú)馄块_關(guān)，通過儲(chǔ)油柜呼吸器向膠囊內(nèi)充入干燥、清潔的氮?dú)猓蜷_儲(chǔ)油柜頂部排氣孔，觀察排氣孔正常溢出變壓器油，證明膠囊密封良好。關(guān)閉儲(chǔ)油柜頂部排氣孔，將膠囊氮?dú)鈮毫Τ渲?.02MPa并維持8小時(shí)進(jìn)行正壓查漏，持續(xù)監(jiān)視，壓力未下降，未發(fā)現(xiàn)漏氣、滲漏油現(xiàn)象，再次驗(yàn)證主變本體及油枕的密封性能良好。

油枕頂部排氣塞、平衡閥密封不嚴(yán)：變壓器經(jīng)真空注油、熱油循環(huán)、靜置排氣，油枕內(nèi)部呈現(xiàn)負(fù)壓狀態(tài)。如油枕頂部排氣塞老化等原因?qū)е旅芊獠涣?，空氣?huì)經(jīng)排氣塞大量進(jìn)入變壓器內(nèi)部。圖1中：1放氣塞、2膠囊、3抽真空聯(lián)管、4真空閥、5人孔、6抽真空及接濕器聯(lián)管、7指針式油位表、8抽真空法蘭、9集器盒、10放氣管、11注、放油管、12φ80蝶閥、13安全桿、14柜腳、15接污盒、16視察窗。此外，膠囊通過呼吸器與大氣相通，平衡閥實(shí)現(xiàn)膠囊與油枕的隔斷，如果平衡閥密封不嚴(yán)，也將使油枕與空氣直接接觸，造成空氣進(jìn)入。

檢查油枕頂部排氣塞無松動(dòng)且能聽到吸氣聲，未見異常；但檢查平衡閥門狀態(tài)時(shí)發(fā)現(xiàn)平衡閥門盤根松動(dòng)，當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)3/4圈方可關(guān)緊。查閱安裝記錄，該閥門前期存在盤根松動(dòng)的情況，屬于重發(fā)，因此判斷該處位置是故障點(diǎn)之一。隨即對該閥門進(jìn)行了更換處理。

綜合以上檢查分析，主變C相含氣量超標(biāo)是因?yàn)橛驼眄敳科胶忾y缺陷，使油枕與空氣直接接觸，造成大量空氣進(jìn)入。上述檢查處理結(jié)束后，按照標(biāo)準(zhǔn)工藝流程對變壓器進(jìn)行熱油循環(huán)處理。油樣化驗(yàn)合格后，變壓器正常投運(yùn)，對油中溶解氣體檢持續(xù)檢測，含氣量等各項(xiàng)參數(shù)正常。

表2 主變?nèi)嘤蜆臃治鰣?bào)表

3 結(jié)語

大型油浸式變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)乎電力安全，因此變壓器油含氣量超標(biāo)需認(rèn)真對待，避免缺陷惡化進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)。因此，對于大型油浸式變壓器應(yīng)采取以下措施，及時(shí)跟蹤運(yùn)行狀態(tài)。

加強(qiáng)變壓器的日常維護(hù)：大型油浸式變壓器在安裝投入運(yùn)行前，需要嚴(yán)格把關(guān)包括含氣量在內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，確保油品合格。投運(yùn)后做好日常巡檢，特別關(guān)注滲漏油及溫升狀態(tài)?？紤]含氣量會(huì)隨運(yùn)行時(shí)間逐漸增長，需要持續(xù)監(jiān)測變壓器油中含氣量等各項(xiàng)參數(shù)，做好趨勢跟蹤，監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

增加在線監(jiān)測裝置：近年來，變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置越發(fā)重視并得到大面積推廣，通過加裝變壓器在線監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)對變壓器油中特征氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測，了解和掌握大型變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。隨著在線油色譜在線裝置的技術(shù)升級(jí)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性已經(jīng)有了明顯提升；在日常運(yùn)維過程中，也要注意做好油色譜在線設(shè)備的維護(hù)，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

含氣量超標(biāo)的應(yīng)對方案[4]：當(dāng)離線或在線油樣化驗(yàn)結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)變壓器油中含氣量超標(biāo)時(shí)，應(yīng)首先對油樣結(jié)果進(jìn)行復(fù)測，如更換測量位置、化驗(yàn)儀器等，并且應(yīng)該縮短取樣周期，持續(xù)跟蹤趨勢。當(dāng)確認(rèn)含氣量指標(biāo)異常時(shí)，應(yīng)綜合變壓器巡檢數(shù)據(jù)，如溫升、振動(dòng)、帶載情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如確認(rèn)是變壓器密封不嚴(yán)導(dǎo)致含氣量超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該首先對變壓器進(jìn)行密封檢查，如檢查變壓器本體、管道、閥門等位置有無滲油，如含氣量持續(xù)增加超過3%則加強(qiáng)巡視，及時(shí)安排停運(yùn)進(jìn)行真空脫氣濾油處理。

結(jié)合電力行業(yè)變壓器運(yùn)維處理經(jīng)驗(yàn)，需要關(guān)注：大型油浸式變壓器的密封檢查涉及范圍廣、工作量大，停運(yùn)期間需要對所有可能的滲漏點(diǎn)如膠囊、油泵負(fù)壓區(qū)、排氣塞、平衡閥等逐一排查確認(rèn)，避免重新投運(yùn)后油樣結(jié)果反復(fù)；濾油機(jī)作為變壓器真空脫氣濾油處理的專用工具，近期來濾油機(jī)本身故障導(dǎo)致變壓器油品超標(biāo)的事件屢見不鮮，因此各運(yùn)維單位需要對濾油機(jī)開展定期維護(hù)保養(yǎng)，檢查設(shè)備狀態(tài)；并在濾油機(jī)使用前進(jìn)行取樣化驗(yàn)、試運(yùn)行等，確保各項(xiàng)參數(shù)正常后，方可對變壓器進(jìn)行濾油操作。

綜上，為了保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，需要加強(qiáng)對變壓器油的監(jiān)測分析，做好趨勢跟蹤，及時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)。通過日常巡檢以及油樣化驗(yàn)等措施，關(guān)注變壓器運(yùn)行參數(shù)及油中各種特征氣體的變化趨勢。此外，在進(jìn)行變壓器油品處理時(shí)，可以考慮提高熱油循環(huán)時(shí)的油溫和真空度，保證設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行。