變壓器油中特征氣體及故障分析

楊博

陜西渭河發電有限公司，陜西 咸陽 712000

1 概述

用氣相色譜分析法測定油中溶解氣體的組分、含量及產氣速率是判斷運行中充油電力設備是否存在潛伏性過熱、放電等故障，以保證電網安全運行的有效手段。利用氣相色譜分析法分析變壓器油中溶解氣體，診斷變壓器的內部故障，具有靈敏度高、不需要變壓器停運等優點，因此了解變壓器油中特征氣體，氣相色譜分析的基本知識，對在實際工作中的應用有一定的指導意義。

2 變壓器油中特征氣體

在新的絕緣油的溶解氣體中，通常除了含有約70%的N2和30%的O2以及0.3%左右的CO2外，并不含有低分子烴。對于正常運行的變壓器油，由于油和絕緣材料的緩慢分解和氧化，會產生少量的CO、CO2和微量的低分子烴。但其數量和故障時產生的氣體量相比要少得多。也就是說，正常運行的變壓器，油中有關組分的本底值較低，為識別故障下的特征氣體的明顯增長提供了有利條件。但是，在判斷設備是否存在故障及故障嚴重程度時，要根據歷史數據及外部影響因數進行綜合分析判斷。有時設備并不存在故障，而是由于一些外部因數導致油中出現特征氣體，要注意防止出現誤判。

在DL/T722-2000中對特征氣體的定義:對判斷充油電氣設備內部故障有價值的氣體,即氫氣(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)。

在故障情況下不是所有上述七種氣體都同時增長，而是取決于故障的性質和類型，有的氣體并不增加，或不明顯增加，而與故障性質密切相關的氣體則顯著增加。不同的故障類型產生的氣體可歸納為表1。

表1 不同故障類型產生的氣體

一般認為乙炔是變壓器內部存在放電性故障的特征氣體；烴類氣體通常以甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的總和表示，稱為總烴，總烴是過熱性故障中表現最為明顯的特征氣體。其中乙烯可作為高溫過熱的特征氣體；甲烷含量大于氫氣含量時可作為低溫過熱的特征氣體；一氧化碳則認為是固體絕緣老化的特征氣體，但一氧化碳在正常老化時、大面積過熱時、過熱故障時都會反應出來，實際應用中應加以區分。

3 故障實例分析

3.1 某公司#4廠高變重瓦斯保護動作，機組跳閘

某公司#4廠高變型號 SFPF7-40000/18，1991年4月投運， 2011年5月9日，#4機“廠高變重瓦斯動作”報警發，#4發電機與系統解列。對#4廠高變油做色譜分析發現乙炔含量嚴重超標。色譜分析報告見表2。

表2 #4廠高變色譜分析報告 單位(μL/L)

從表2看出，2011年5月9日故障后油中H2和C2H2含量超過注意值，總烴含量也超過注意值。

按改良三比值法進行計算分析,C2H2/C2H4=62.9/56.3=1.12,編碼為1;CH4/H2=47.3/431.8=0.11,編碼為0;C2H4/C2H6=56.3/11.5=4.90，編碼為2，編碼組合1、0、2，故障類型為電弧放電。

隨后在檢查試驗項目中發現#4廠高變低壓B分支直流電阻三相電阻不平衡，Rab=5.214mΩ、Rbc=5.197mΩ、Rca=5.552mΩ，線間不平衡率達到6.7%；換算至相電阻Ra=7.657mΩ、Rb=7.612mΩ、Rc=8.723mΩ，相間不平衡率達到13.8%，超過標準規定的2%。根據油色譜分析報告及直流電阻歷史試驗結果初步判斷低壓側B分支C相繞組斷股。

返廠吊罩檢查發現#4廠高變低壓側B分支C相繞組嚴重變形斷股，多處有電弧灼傷痕跡。與試驗結果做出的判斷一致。

3.2 某公司2013年4月10日對#3主變進行局部放電試驗后檢出乙炔

某公司#3主變型號SFP7-360000/330，1990年7月投運，2013年3月23日#3主變停運轉入A級檢修狀態，在各項常規高壓試驗合格后，2013年4月10日開始對主變進行局部放電試驗。#3主變局放試驗結果A相高壓繞組放電量大于3000pC；B相高壓繞組放電量小于350pC；C相高壓繞組放電量小于300pC。A相高壓繞組放電量嚴重超標，取油樣進行色譜分析，結果見表3。

表3 #3主變色譜分析報告 單位(μL/L)

從表三數據對比來看，2013年4月10日數據中發現C2H2含量超過注意值，結合局部放電試驗結果，判斷變壓器內部有潛伏性故障。返廠大修發現，#3主變低壓側A相繞組嚴重變形，線圈絕緣破損是此次乙炔增長的主因。

4 對變壓器油樣色譜分析的建議

(1)對運行時間較長，超過20年以上的變壓器應縮短油樣色譜分析周期，DL/T596-1996電氣設備預防性試驗規程規定：運行中的330KV及以上變壓器周期為3個月，為了能及早發現變壓器存在的潛伏性故障，建議油色譜分析周期縮短為1個月，這樣更能保證設備的安全運行。

(2)加強學習油中溶解氣體的氣相色譜分析基礎理論知識。油中溶解氣體分析法是一個綜合判斷方法，必須進行綜合分析才能得出正確的結論。不能只對色譜分析數據來進行分析判斷，要結合其它試驗數據，防止出現誤判。

綜上所述，在色譜分析報告中可根據特征氣體的含量是否超過注意值或氣體增長率的注意值，判斷設備可能存在潛伏故障，對運行設備應加強監督、盡快停機檢查，進行綜合分析來判斷設備的狀況，以確保設備安全經濟運行。

[1]操敦奎. 變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M]. 北京：中國電力出版社,2005.

[2]李建明，朱康. 高壓電氣設備試驗方法[M]. 第2版.北京：中國電力出版社,2001.