楊嘉晨，湯向華，許周寧，趙 新

（國網(wǎng)海門市供電公司，江蘇 海門226100）

乙炔是在高溫（800～1200℃）油發(fā)生熱解的反應(yīng)產(chǎn)物，正常運(yùn)行情況下變壓器油中很少會(huì)出現(xiàn)乙炔。因此，乙炔成為變壓器是否發(fā)生放電故障的重要依據(jù)，電力部門對乙炔含量的重視程度非常高。本文介紹了一臺(tái)主變乙炔含量異常增大的原因分析及診斷的案例，為今后出現(xiàn)類似現(xiàn)象提供一些參考。

1 設(shè)備簡介和異常情況

該臺(tái)主變型號(hào)SZ10-63000/110，2008年10月31日出廠，2009年12月投運(yùn)。

2020年3月10日在對一臺(tái)110 kV主變進(jìn)行半年油例行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)油中含有乙炔氣體，含量為3.55μL/L，3月24日再次進(jìn)行色譜化驗(yàn)，乙炔含量增至4.26μL/L。查閱2018年該臺(tái)主變3、9月油色譜分析數(shù)據(jù)乙炔含量均為0。雖未超標(biāo)準(zhǔn)值，但此次乙炔的突然異常增大引起了重視。具體油色譜跟蹤數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 油色譜跟蹤數(shù)據(jù) μL/L

2 原因分析

2.1 診斷依據(jù)

根據(jù)變壓器油中溶解氣體測定結(jié)果進(jìn)行的故障診斷，主要基于以下依據(jù)實(shí)現(xiàn)[1]：

變壓器運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部絕緣油和有機(jī)固體絕緣材料，在電場、熱、氧等作用下，逐漸老化和分解，產(chǎn)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物、氫、各種低分子烴類氣體及一氧化碳、二氧化碳等，這些氣體溶于油中，飽和后便從油中析出[2]。因此故障設(shè)備油中的特征氣體含量要高于正常設(shè)備。故油中特征氣體的累積程度，即特征氣體含量的大小是判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在故障及故障嚴(yán)重程度的一個(gè)依據(jù)。運(yùn)行中220 kV及以下變壓器油中溶解氣體含量注意值如表2所示。

表2 溶解氣體含量注意值 μL/L

發(fā)生故障時(shí)特征氣體的產(chǎn)氣速率與正常時(shí)不一樣，該速率與故障能量大小、故障點(diǎn)溫度以及故障涉及的范圍有直接的關(guān)系[3]。所以發(fā)生故障時(shí)計(jì)算故障特征氣體的產(chǎn)氣速率對故障的判別有很大的作用。

絕對產(chǎn)氣速率，即每運(yùn)行日產(chǎn)生某種氣體的平均值，按下式計(jì)算[4]：

式中：γa為絕對產(chǎn)氣速率，mL/d；Ci,2為第二次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L；Ci,1為第一次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L；Δt為二次取樣時(shí)間間隔中的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，d；m為設(shè)備總油量，t；ρ為油的密度，t/m3。

變壓器絕對產(chǎn)氣速率注意值，如表3所示。

表3 變壓器絕對產(chǎn)氣速率注意值 mL/d

不同的故障類型產(chǎn)生的特征氣體不同，具體如表4所示。

表4 不同故障類型產(chǎn)生的主要、次要特征氣體

故障下產(chǎn)氣的特征性是判斷故障類型的一個(gè)依據(jù)[5]。常用的特征氣體法和三比值法，就是根據(jù)故障下產(chǎn)氣的特征性總結(jié)出來用于判斷故障性質(zhì)的方法。

因主變油中特征氣體未超過標(biāo)準(zhǔn)DL/T 722—2001《變壓器油中氣體判斷導(dǎo)則》中規(guī)定運(yùn)行注意值，通過計(jì)算乙炔的絕對產(chǎn)氣速率遠(yuǎn)小于0.2 mL/d的注意值，所以可以邊排查故障點(diǎn)邊跟蹤運(yùn)行。

2.2 色譜數(shù)據(jù)分析

針對油色譜數(shù)據(jù)，分析如下：

油中特征氣體乙炔含量不高，證明變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電現(xiàn)象，但放電能量小。

故障點(diǎn)達(dá)150℃，便產(chǎn)生氫氣、甲烷氣體。油中特征氣體氫氣、甲烷、乙烯、乙烷含量不高，且增長緩慢。證明變壓器內(nèi)部未發(fā)生過熱故障。

油中特征氣體CO2含量變化不大，絕對產(chǎn)氣速率遠(yuǎn)小于200 mL/d的注意值。而紙絕緣裂解會(huì)生成大量的CO和CO2及少量烴類氣體[6]。證明變壓器內(nèi)部只發(fā)生裸電極電弧放電現(xiàn)象，沒有發(fā)生紙絕緣裂解，因此基于上述分析判斷：此次主變油中乙炔含量升高可以排除線圈故障，是裸電極間斷的電弧放電、能量低、不帶有紙絕緣材料的放電。

2.3 故障甄別

結(jié)合主變和組件結(jié)構(gòu)分析，哪些情況可能產(chǎn)生上述狀況，分析如下：

套管內(nèi)部存在懸浮放電，COT550型高壓套管此前多次發(fā)生問題?？赡艽嬖趯?dǎo)電頭與將軍帽之間接觸不良，有細(xì)小間隙，發(fā)生懸浮放電，將鋁管中的變壓器油分解產(chǎn)生乙炔。而套管鋁管中的變壓器油與本體的變壓器油聯(lián)通，致使本體中油檢測出乙炔。

有載分接開關(guān)在8～10擋進(jìn)行切換時(shí)，處于本體油中的開關(guān)分接選擇器需要進(jìn)行極性轉(zhuǎn)換，調(diào)壓線圈會(huì)有短暫的懸空，在調(diào)壓觸頭1、9上出現(xiàn)恢復(fù)電壓，產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象。查閱調(diào)度記錄，該主變今年長期運(yùn)行在3擋，所以排除。

有載分接開關(guān)切換油室中變壓器油向本體滲漏，致使本體中油檢測出乙炔[7]。正常進(jìn)行負(fù)荷工作的開關(guān)，開關(guān)切換油室中變壓器油所含的氫氣、甲烷、乙烯不會(huì)這么少，所以排除。

鐵芯故障。鐵芯若發(fā)生多點(diǎn)接地故障，產(chǎn)生環(huán)流，會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣、甲烷和少量的乙炔，并且這些特征氣體增長量是恒定的。但追蹤數(shù)據(jù)顯示，氫氣和甲烷含量不高，并未產(chǎn)生恒定增長量，所以排除。

低壓側(cè)多次跳閘。主變帶20000 kVA負(fù)荷，排除超負(fù)荷跳閘。那可能是低壓對稱短路和單相對地短路引起跳閘，但查閱調(diào)度記錄未發(fā)現(xiàn)此類情況，所以排除。

3 現(xiàn)場檢查

針對上述分析，套管故障的可能性較大，決定擇時(shí)停電對主變進(jìn)行檢測排除故障。

3.1 有載開關(guān)檢查

主變停電后，首先對有載開關(guān)進(jìn)行了檢查。

根據(jù)現(xiàn)場主變的實(shí)際結(jié)構(gòu)情況，檢查發(fā)現(xiàn)該主變采用的是外油式油枕。因外油式油枕油腔內(nèi)始終處于滿油位運(yùn)行狀態(tài)，而有載開關(guān)油位處于半油位狀態(tài)，從現(xiàn)象上看有載開關(guān)油室竄油的可能性不大。

3.2 電氣診斷試驗(yàn)

檢修人員使用萬用表檢測套管導(dǎo)電頭與將軍帽是否導(dǎo)通，經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)四相套管均處于導(dǎo)通狀態(tài)。

圖1 試驗(yàn)人員檢查套管是否導(dǎo)通

試驗(yàn)人員對該臺(tái)變壓器進(jìn)行電氣診斷試驗(yàn)，項(xiàng)目有直流電阻、繞組及鐵芯絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ，與2019年數(shù)據(jù)對比如表5、表6所示。

表5 2019年度繞組介質(zhì)損耗與電容量、絕緣電阻測試數(shù)據(jù)比較

表6 2020年度繞組介質(zhì)損耗與電容量、絕緣電阻測試數(shù)據(jù)比較

對比表7、表8兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，相差不大，此外直流電阻試驗(yàn)，鐵芯和夾件絕緣電阻，鐵芯、夾件接地電流數(shù)據(jù)也相差不大且皆在合格范圍內(nèi)。

表7 2019年度套管試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表8 2020年度套管試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 跟蹤處理

綜合上述油色譜試驗(yàn)和電氣試驗(yàn)分析結(jié)果，推斷此次變壓器油中乙炔異常增大可能是由于瞬時(shí)放電引起，放電點(diǎn)小持續(xù)時(shí)間短。為此制定了以下方案跟蹤運(yùn)行：

絕緣油試驗(yàn)油色譜，采用針筒取樣，間隔7天取一次。

測量、記錄鐵芯、夾件接地電流與取油樣間隔同步。

經(jīng)過幾輪檢測，油色譜數(shù)據(jù)平穩(wěn)，考慮到故障點(diǎn)小，且乙炔平穩(wěn)未超標(biāo)，鐵芯、夾件接地電流正常，變壓器內(nèi)部放電點(diǎn)可能已消除。對該臺(tái)變壓器采取濾油處理，濾油后油色譜數(shù)據(jù)如表9所示。

表9 濾油后油色譜跟蹤數(shù)據(jù) μL/L

從變壓器油色譜跟蹤數(shù)據(jù)中可以看出，濾油后乙炔不再產(chǎn)生，證實(shí)了放電點(diǎn)已消除的推論。

5 結(jié)束語

變壓器油色譜分析可以較好地發(fā)現(xiàn)變壓器的內(nèi)部故障缺陷，在發(fā)現(xiàn)變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常后，應(yīng)采取多種分析方法，確定故障類型，并對變壓器進(jìn)行診斷性電氣試驗(yàn)。為了更好地檢測變壓器運(yùn)行狀況，需要對變壓器進(jìn)行周期性的油化驗(yàn)和電氣試驗(yàn)，確保變壓器安全可靠運(yùn)行。