一起變壓器內部過熱性故障分析

趙 聰，富云飛，盧忠亮，鄭建新

（鞍鋼股份營口鲅魚圈鋼鐵分公司環境與能源部，遼寧營口 115007）

1 引言

電力變壓器是電力系統重要設備之一，它的故障將對供電的可靠性和系統的正常運行產生嚴重的影響。分析溶解于油中的氣體，能盡早發現設備內部存在的潛伏性故障并可隨時掌握故障的發展情況，及時進行整改處理，防止事故擴大，保證變壓器長期安全可靠運行，減少不必要的停電。同時定期對變壓器內部絕緣狀況進行健康診斷，有利于設備的狀態維修，保證電力供應更加安全可靠。本文介紹了一起變壓器內部過熱故障案例的診斷全過程。

2 變壓器內部氣體分析

鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司某66 kV變電站1#主變于2008年3月投運，變壓器型號為SFZ9-63000/66。投運后每年進行兩次色譜分析，未發現該主變內部有異常。在2009年10月25日進行的例行色譜分析中，發現變壓器油中的總烴含量高達183.1×10-6，其含量已超過國家電網行業標準DL/T722-2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》（以下簡稱《導則》）注意值150×10-6。2008年和2009年的常規色譜分析數據詳見表1。從表1可知，2008年的色譜分析數據均在正常范圍內，色譜分析數據顯示除乙炔氣體沒有變化之外其他氣體都有所增加，特別是總烴含量增長很快。

表1 2008年、2009年色譜分析數據表 ×10-6

為此我們在之后的連續4天里，對該變壓器的色譜進行了連續跟蹤分析，其色譜跟蹤數據詳見表2。分析該組數據發現總烴含量每天都在持續增長，這說明在2008年10月25日至2009年4月23日之間，變壓器內部故障已經在慢慢地逐漸發展，初步判斷這臺主變內部存在隱性故障。

表2 連續4天監測色譜分析數據表 ×10-6

3 變壓器故障分析與診斷

3.1 故障類型和氣體特征

變壓器等電力設備涉及產氣的內部故障一般分為兩類：即過熱故障和放電故障。

（1）過熱故障。該故障產生的主要氣體組分是甲烷和乙烯，兩者之和占總烴的80%以上，其次是氫氣和乙烷。如涉及到固體絕緣材料還將產生一氧化碳和二氧化碳，其含量明顯增長。當故障點溫度較低時，甲烷占的比例較大，隨著熱點溫度的升高，乙烯的比例也增大，同時氫氣含量也會增加，嚴重過熱時還會出現少量的乙炔氣體。

（2）放電故障。該故障產生的主要氣體組分是氫氣和乙炔，其次是甲烷和乙烯，但由于故障能量較小，總烴含量一般不會高。

3.2 故障分析的依據

對溶解氣體含量測定結果的分析一般按以下六個步驟進行：

（1）將色譜分析的特征氣體含量與《導則》的規定注意值進行比對。

（2）將色譜分析出的技術數據與上次的色譜分析技術數據作對比。

（3）用故障特征氣體含量計算出的產氣速率與《導則》注意值作對比。

（4）如初步判斷電力設備內部可能存在故障，再用三比值法判斷故障的性質。

（5）用產氣速率和平衡判據法來判斷設備故障發展的狀況。

（6）結合電力預防性試驗的情況和其他精密點檢測試的方法進行綜合分析判斷。

從表2中可看出1#主變油中乙炔沒有出現，氫氣沒有超過注意值，但總烴含量很高，說明不存在放電故障。K=CO2/CO=3756/849的比值為4.4（3＜K值＜7），一般可排除固體絕緣材料的故障。其主要的特征氣體組分是甲烷和乙烯，而且兩者之和占總烴的80%以上，且乙烯含量大于甲烷含量，同時氫氣含量也相應增高，說明故障點的溫度較高，且故障點不涉及固體絕緣材料，可能是裸金屬的過熱。

3.3 故障性質的判斷

3.3.1 產氣速率分析

雖然注意值在反映故障時有一定的參考性，但僅僅根據注意值的分析數據還是不能正確診斷變壓器內部故障，還要根據理論計算出的產氣速率等方面作進一步分析。

以2009年10月25日和2009年10月29日的總烴含量數據為例進行絕對產氣速率計算：

對照《導則》，變壓器油中總烴含量的絕對產氣速率注意值：開放式變壓器為6 mL/d，隔膜式變壓器為12 mL/d。而該變壓器油中總烴含量的絕對產氣速率注意值已達114 mL/d，遠遠超過《導則》中油中總烴含量產氣速率注意值，然而該數據又進一步證明變壓器內部有異常情況。

3.3.2 三比值法分析

在確定變壓器有故障存在時還應用三比值法進行分析。

以2009年10月25日的測量值作為數值為例：

這三對氣體比值根據《導則》改良三比值法計算，對照編碼規定：

C2H2/C2H4＜0.1、CH4/H2=1～3、C2H4/C2H6≥3，判斷編碼組合為：0.22，所對應的故障類型為高于700℃高溫范圍的過熱故障。

3.3.3 故障原因定量分析

根據《導則》，通過色譜分析油中溶解氣體的成分、特征氣體含量、變化趨勢、改良三比值法的判斷，過熱原因可能有以下5種情況：（1）分接開關接觸不良；（2）引線連接不良；（3）鐵芯兩點或多點接地；（4）鐵心片間短路或被異物短路；（5）部分繞組短路或不同電壓比并列運行引起的循環電流發熱等等。

3.3.4 結合電氣預防性試驗判斷故障原因

由于油中溶解氣體產生有時與運行和檢修情況有關，如冷卻系統的油泵故障、油箱帶油補焊、油流繼電器接點火花、注入油本身未脫凈氣等，因此當油中氣體分析認為在內部故障時，對故障的準確部位將無法確定，所以還要結合電力預防性試驗來進行分析。

在停電的狀態下，試驗人員對該變壓器測量了繞組的直流電阻、介質損耗和吸收比，結果無異常，排除了故障點不在電氣回路和主絕緣部位。打開鐵芯接地點，測量鐵芯對地電阻，電阻值為0，說明鐵芯有接地現象。

3.3.5 綜合分析判斷故障原因

在經過色譜分析和電氣試驗后，再結合油質分析結果和運行、檢修情況以及外部檢查等多方面因素，綜合分析判斷故障性質為鐵芯多點接地。

4 故障檢查及處理

經分析，初步判斷為該變壓器因鐵芯多點接地，導致發熱、總烴含量異常。為避免故障擴大和確認故障分析結果，經吊罩檢查，發現變壓器鐵芯不銹鋼帶松動，致使絕緣熱脫落，使不銹鋼帶與鐵心相碰，在下鐵軛與箱底有金屬屑連接導致短路現象，造成鐵芯多點接地。說明故障分析及判斷基本正確。

故障部位經檢修處理，真空濾油后，對1#變壓器做了全套電氣試驗、油質化驗和色譜分析均合格，經驗收后恢復了正常運行。同時根據《電力預防性試驗規程》規定，色譜分析連續進行1天、4天、10天、30天的跟蹤分析，油中總烴含量已停止增長，各種氣體含量都在正常范圍內，說明故障點已經排除。截止到目前為止，該變壓器運行良好。

5 結束語

由于鐵芯多點接地會導致鐵芯局部發熱，甚至可能燒毀變壓器，釀成嚴重后果。因此當運行設備油中氣體濃度任何一項達到注意值時，應引起注意，縮短采樣周期，進行趨勢跟蹤分析。通過比較注意值、計算產氣速率、計算比較三比值，結合設備運行、檢修狀況，判斷設備有無故障，做出相應的處理措施。

當判斷為變壓器鐵芯多點接地故障時，應及時進行吊芯處理，詳細檢查內部情況，徹底清潔油箱底部的油泥、鐵銹等雜物，并用油進行一次全面沖洗，從而保證變壓器油箱內環境良好及安全可靠運行。

[1]DL596-2006，電力預防性試驗規程[S].

[2]DL/T722-2000，變壓器油中溶解氣體和判斷導則[S].

[3]孫堅明.電力用油（氣）檢驗培訓材料[M].北京：國家電網公司，1996.