變壓器故障的分析及處理建議

許 梅 潘世林

中國化學工程第七建設有限公司 四川成都 610100

變壓器是電力系統中的主要設備之一。隨著技術的進步，變壓器制造質量的提高，變壓器運行可靠性也越來越高。但是變壓器運行中也會有故障發生，怎樣更快地解決故障，保證其正常運行，關系到整個電力系統供電的可靠性和穩定性。

變壓器是充油電氣設備，其絕緣系統主要由絕緣油/ 紙構成。正常運行時，絕緣油/ 紙在電、熱及機械應力的作用下會劣化，并產生一定量的氧化物。除此之外，還會產生一些低分子烴類氣體以及H2、CO 和CO2等。當設備內部有過熱或放電故障時，伴隨故障產生的能量將使絕緣油、紙分解產生大量的氣體。這些氣體一部分會溶于絕緣油中。因此通過對油中溶解氣體的色譜分析可以了解設備的內部絕緣狀況。

利用油中氣體的色譜分析判斷設備內部狀況的方法，可以及早地發現設備內部潛伏性故障，預防因故障進一步發展而造成的設備損壞，這種方法已經在電力系統中得到廣泛的重視和應用。20 世紀70年代，IEC 就頒布了油中溶解氣體分析和判斷保準，1987年我國也頒布了相應的標準。

1 變壓器色譜分析原理

利用變壓器油中溶解氣體的色譜分析進行設備內部故障判斷的原理是基于絕緣材料的產氣特點。變壓器的絕緣材料主要分為絕緣油和絕緣紙/ 紙板。絕緣油，其主要成分是碳氫化合物，在熱、機械應力、氧、水分及銅、鐵等金屬的作用下，這些碳氫化合物將會發生化學變化，使C- H、C- C 鍵斷裂，形成不穩定的H、CH3等游離基。這些游離基通過復雜的化學反應最終生成氧化物，如酸、脂、油泥、水、醋酸等。除此之外，還會生成一些氣體，如低分子烴類氣體、H2及少量的CO、CO2等。

在絕緣油中，最弱的分子鍵是C－H 鍵，在較低的溫度下即可能發生斷裂。因此在較低溫度下可形成H2、CH4、C2H6，在500℃以上可形成C2H4，而只有在800～1200℃才會形成C2H2組分。絕緣紙/ 紙板，主要是由纖維素組成。當受到電、熱、機械應力及氧、水分等作用下，產生CO、CO2、少量的烴類氣體和水、醛類（糠醛等）。對于纖維素中的C－O 鍵，其熱穩定性比絕緣油中最弱的C－H 鍵還差，因此絕緣紙/ 紙板的分解溫度比油還低，大于105℃時聚合鏈就會快速斷裂，高于300℃就會完全分解和碳化。在相同的溫度下，絕緣紙/ 紙板劣化產生的CO、CO2遠比油劣化所產生的量大。因此，油中CO、CO2氣體主要是反映絕緣紙/ 紙板劣化的指標。

2 色譜分析實例

2.1 實例一

2002 年9月，某熱電廠3 號發電機—1 號變壓器組110kV母線聯接油開關保護動作跳閘，縱聯差動保護和氣體繼電器均發出保護信號。故障發生后，檢修人員立即對變壓器本體、氣體繼電器進行油色譜分析試驗，檢測結果如表1 所示。

表1 實例一的色譜檢測值 μ1/ L

表2 實例2 的色譜檢測值μ1/ L

從檢測結果可以看出，油中溶解氣體的主要成分為C2H4、CH4、C2H2、CO、CO2；次 要 成 分 為H2、C2H6；總 烴 含 量 為1986.4μl/ L，C2H2為24.3μl/ L，大大超過油中溶解總烴含量的注意值150μl/ L 和C2H2含量的注意值5μl/ L。按“三比值”可得：C2H2/ C2H4=0,CH4/ H2=2,C2H4/ C2H6=2,編碼組合為0，2，2，根據規程判斷故障為變壓器內部有高于700℃高溫的熱故障，而且為固體絕緣（油和紙）過熱故障。

2.2 實例二

2003 年7月，某變電所的一臺SFSZ9－150000/ 220 型變壓器，在運行中出現差動保護、本體重瓦斯、本體輕瓦斯、壓力釋放保護動作、主變跳閘。在現場檢查時發現變壓器本體氣體繼電器內聚集氣體，兩個壓力釋放閥均動作噴油。氣體繼電器內的氣體、變壓器本體油樣色譜分析如表2 所示：

從表2 的色譜數據可以看出，變壓器的氣體繼電器內氣體、本體油中特征氣體含量基本一致。H2、C2H2為故障氣體的主要組分，初步判斷為油中電弧或火花放電。根據“三比值”可得：C2H2/ C2H4,CH4/ H2,C2H4/ C2H6的編碼組合為1，0，2，判斷為電弧放電。

應用變壓器油和氣體的色譜分析來檢驗變壓器油中溶解氣體的組分和含量是能夠盡快判斷變壓器故障的一種較有效的方法。不同的故障，由于故障點能量不同，溫度不同以及涉及的絕緣材料不同，其產生的氣體也不同，即不同的故障具有不同的特征氣體，具體如下所示：

（1）過熱故障：產生的主要特征氣體是CH4、C2H4。隨著故障點溫度的增高，C2H4含量將大大增加，當溫度高于800℃時還會出現少量的C2H2。

（2）放電故障：產生的主要特征氣體是H2、C2H6。當故障點能量較大（如電弧放電）時還會產生大量的C2H4。

（3）當故障涉及絕緣紙/ 紙板時，還會產生大量的CO、CO2。