王 菲

朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司 山西 原平 034100

引言：

本文根據(jù)朔黃鐵路牽引變壓器負(fù)荷特點，總結(jié)了幾種變壓器絕緣故障類型，結(jié)合一起故障實例，提出了牽引變壓器的油中溶解氣體在線檢測系統(tǒng)的適用性和必要性。

1 朔黃鐵路原平分公司牽引變壓器負(fù)荷特點

朔黃鐵路作為我國西煤東運第二大通道，年運量已達(dá)到3億噸以上，其牽引變壓器負(fù)荷為重載電力機車，屬于沖擊型負(fù)荷。牽引變壓器在很多時候是輕載或無載運行，而沖擊負(fù)荷又使其繞組經(jīng)常處于過負(fù)荷狀態(tài)，所以經(jīng)常處于油溫正常但內(nèi)部繞組過熱的非正常狀態(tài)。故牽引負(fù)荷主要有負(fù)載幅度變化大、負(fù)載過載系數(shù)高、隨機波動性強、負(fù)載陡變等特點。除此之外牽引供電系統(tǒng)為三相／兩相變換或單相系統(tǒng)，繞組中負(fù)荷電流不平衡，負(fù)序電壓含量高，負(fù)荷諧波含量豐富。

2 牽引變壓器常見故障分類

目前朔黃鐵路運行的牽引變壓器均為油浸式變壓器。其故障按發(fā)生的部位大致分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障一般有：繞組的相間短路、繞組的匝間短路、繞組或引出線的接地故障等。外部故障為油箱外部絕緣套管、引出線以及各附件上發(fā)生的故障。

變壓器的內(nèi)部故障從性質(zhì)上分可以分為過熱性故障、放電性故障和受潮引起的故障三大類。過熱性故障又被分為低溫過熱、中溫過熱、高溫過熱三種情況；放電性故障根據(jù)放電能量的大小，分為局部放電、火花放電、電弧放電三種類型，其中電弧放電屬于高能放電，對變壓器絕緣的破壞性最為嚴(yán)重；受潮使變壓器絕緣下降，加快老化。

牽引變壓器故障涉及面較廣，類型的劃分方式較多，比較常見的有套管閃絡(luò)故障、繞組短路故障、分接開關(guān)故障、鐵心多點接地故障、滲漏油氣故障、引線連接松動故障、油流帶電故障、保護(hù)誤動作故障等。

牽引變壓器的故障類型多種多樣，且各類基本故障不是孤立存在的，相互之間錯綜相連。歸根結(jié)底，大部分故障都是體現(xiàn)在對其絕緣體系的損壞上。因此，只有正確地認(rèn)識變壓器絕緣體系和能代表其絕緣故障的表征參量，才能準(zhǔn)確判斷變壓器故障工作狀態(tài)。

3 基于油中特征氣體組分的故障診斷

判斷變壓器運行狀態(tài)的方法有很多，其中比較常用的方法就是油中溶解氣體分析法。長期運行中和發(fā)生故障后的變壓器在溫度、電場、氧氣和水分的作用下，其絕緣油及有機絕緣材料會逐漸老化和分解產(chǎn)生H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等一些氣體，變壓器內(nèi)部故障類型甚至故障部位與油中溶解的氣體組分和產(chǎn)所率有著密切關(guān)系，因此油中溶解氣體濃度的色譜分析法（DGA）是判斷油浸牽引變壓器早期潛伏性故障最方便、有效的辦法之一。

3.1 診斷方法

《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》(DL／T722—2014)建議通過以下步驟來評估變壓器絕緣狀態(tài)：

a）將檢測結(jié)果與油中溶解氣體含量注意值作比較，110KV變壓器H2注意值為150，C2H2為5，總烴為150，單位μL/L。

b）與產(chǎn)氣速率注意值作比較，對密封式變壓器，絕對產(chǎn)氣速率的注意值為氫氣10，乙炔0.2，總烴12，一氧化碳100，二氧化碳200(單位mL/d)，總烴的相對產(chǎn)氣速率注意值為10%。

c）用特征氣體法、三比值法并輔助利用其它氣體比值對故障的類型進(jìn)行判斷。特征氣體可以反映故障點引起的周圍油、紙絕緣的熱分解本質(zhì)。三比值法是利用五種氣體（CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2）的三對比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6）的編碼組合來判斷故障類型的方法。

d）根據(jù)以上結(jié)果以及其他電氣試驗的結(jié)果，并結(jié)合油質(zhì)分析及設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運行、檢修等情況進(jìn)行綜合分析。

3.2 實例分析

小覺變電所2號主變于2017年1月1日送電投運，3月22日首次取油樣進(jìn)行例行化驗，3月31日再次取樣進(jìn)行化驗，兩次試驗結(jié)果基本一致。經(jīng)分析H2、C2H2、總烴的含量均超過了注意值，C2H2、總烴的絕對產(chǎn)氣速率也超過了注意值，除CO外其他氣體大量產(chǎn)生，三比值編碼為022，對應(yīng)類型為高溫過熱。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)鐵芯接地引出片跨接到其它鐵芯片尖角上，導(dǎo)致鐵心多點接地。4月27日對鐵芯接線片進(jìn)行包扎絕緣紙板并綁扎加固，并濾油處理。取樣化驗結(jié)果合格后投入運行。四次化驗結(jié)果如下表。

（單位μL/L）

4 油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)

油中溶解氣體濃度的色譜分析法（DGA）在線監(jiān)測系統(tǒng)，由于能夠及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部可能存在的潛伏性故障，且可在運行中隨時監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r，不受外界電場和磁場的影響，并且易于在線實現(xiàn)，已被公認(rèn)為監(jiān)測和診斷充油變壓器早期故障、預(yù)防災(zāi)難性事故的最有效的方法。

一般來說整套系統(tǒng)應(yīng)有四大模塊：a）氣體采集模塊，實現(xiàn)變壓器油氣的分離功能，即把油中的溶解氣體從變壓器油中分離出來；b）氣體分離模塊，氣體流經(jīng)色譜柱后實現(xiàn)多種氣體的分離，各組分的濃度被檢測器檢測，轉(zhuǎn)換為電信號；c）數(shù)據(jù)采集及自動控制模塊，主要實現(xiàn)電信號采集、系統(tǒng)工作溫度控制、數(shù)據(jù)上傳等功能；d）數(shù)據(jù)及譜圖分析軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)獲取絕緣油中氣體的色譜數(shù)據(jù)，自動生成深度變化趨勢圖，經(jīng)過分析計算自動診斷變壓器運行狀態(tài)。

5 結(jié)束語

重載鐵路牽引變壓器作為牽引供電系統(tǒng)的心臟，由于其負(fù)荷特性，故障概率遠(yuǎn)大于電力變壓器，而實驗室色譜分析不能及時發(fā)現(xiàn)潛伏性故障和有效的跟蹤發(fā)展趨勢。因此在鐵路沿線變電所推廣使用在線監(jiān)測和診斷技術(shù)有助于及時發(fā)現(xiàn)牽引變壓器早期絕緣故障，避免設(shè)備損壞和無計劃的停運，提高牽引供電系統(tǒng)可靠性，提高鐵路系統(tǒng)科學(xué)化、智能化管理水平。