一臺110kv變壓器故障檢測及處理分析

摘 要：作為電力系統中核心和樞紐的設備，電力變壓器的性能和質量直接關系著電力系統運行的可靠性和經濟效益，利用油中溶解氣體能夠靈敏地發現電力變壓器的潛在故障并判定變壓器內部故障的性質。文章分析了變壓器油中溶解氣體的來源，研究了油中氣體特征及故障狀況判斷原則，并針對一臺110kv變壓器的故障檢測的實際情況進行了具體的案例分析。

關鍵詞：變壓器；故障檢測；特征氣體；案例分析

1 引言

變壓器故障的性質與油中溶解氣體的成分、含量及產生速度都有關，通過對油中溶解氣體的成分及其含量進行色譜分析，就能準確地判斷出變壓器內部是否存在故障隱患及故障性質，同時結合變壓器的局部放電檢測及直流電阻測量等多種電氣試驗手段就能對故障發生的位置進行準確地判斷。因此，通過檢測變壓器油中的溶解氣體含量，可隨時監測變壓器的運行狀況，及早發現并排除變壓器潛在的故障，這已經成為保障變壓器及電網安全穩定運行的措施之一。文章結合一臺110kv變壓器故障檢測及處理過程，對變壓器故障檢測及處理方法進行研究。

2 變壓器油中溶解氣體的來源

如果變壓器處在正常的運行狀態下，則其內部油中溶解的氣體的主要為氧氣和氮氣，但若發生了某種故障，則可能導致絕緣油中含有一定量的故障特征氣體，例如，絕緣油在精煉的過程中會形成的少量氣體，發生正常劣化產生的氣體及由于熱油循環所產生的氣體，因此，在大多數運行的變壓器中都會含有某種故障特征氣體，必須對其加以鑒別。

油中所溶解的氣體對變壓器也是具有危害的：由于其具有化學腐蝕性從而加速了變壓器絕緣材料的老化，而發生的局部放電等故障也會使絕緣材料出現電解等現象，從而產生一些有害氣體，這些有害氣體主要有：一氧化氮、原子氧、二氧化氮等，這些氣體遇到水就會生成硝酸和亞硝酸，從而引起絕緣材料的腐蝕，最終導致運行中的變壓器發生嚴重的事故，威脅電網整體的安全穩定。

3 油中氣體特征及故障狀況判斷分析

3.1 油中氣體特征

變壓器內部所出現的故障是具有多種類型，各種故障所產生的特征氣體具有共性和特性：經過大量的分析實驗表明變壓器故障的標志氣體主要有以下幾種：H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等，將CH4、C2H2、C2H4、C2H2四種氣體的總量稱為總烴[2]。

3.2 故障狀況判斷

以油中溶解氣體含量來判斷變壓器內部故障時，首先，應從判定變壓器內部是否存在故障，主要依據為當油中所溶解的氣體成分的濃度和產氣速率都超過標準值時可判定變壓器內部是存在故障的；其次，對故障的類型進行判定，變壓器的絕緣油在故障的情況下會產生氣體，同時產氣速率也在隨溫度的變化而變化，當達到特定的溫度時將達到最大值。隨著溫度的升高，產氣速度的最大值所出現的順序依次為：CH4、C2H6、C2H2和C2H4。當溫度達到300℃以上時就會產生裂解氣體，裂解氣體的主要成分為H2和CH4；當溫度達到400℃時CH4和H2產生的就比較明顯，同時伴隨著氣體烴類氣體的產生；當溫度高于800℃時就會產生乙炔，因此通過判定氣體的成分就可以對故障源的溫度進行估算。如果故障發生在導電回路，此時產生的氣體含量中乙炔就會較高，因此乙烯/乙烷的比值將增大，且通常乙烯的產氣速率大于甲烷；當電磁回路發生故障時一般無乙炔或只有微量乙炔產生，此時乙烯/乙烷的比值較小。對故障點的判斷除依照上述原則外還應結合檢修及設備的實際情況綜合分析，應做到具體設備具體分析。

4 案例分析

某變電站110kv變壓器的型號為SFSZ-40000/110，容量為4萬千伏安，生產廠家為合肥ABB變壓器有限公司。2004年3月投運，2011年2月16日對該變壓器進行年度定檢，分析數據顯示總烴含量為257.70（uL/L）超過注意值且較上一周期有明顯增長，2月21跟蹤復檢與前次數據相吻合，確定設備內部存在異常。對數據分析發現其中油中特征主要以乙烯和甲烷為主，根據特征氣體初步判斷該設備內部存在過熱故障。為進一步確認故障，4月29日對設備油溫和運行負荷等做了相應的調查，其中檢查時油溫幾乎一直保持在60℃左右，處于偏高狀態；運行負荷自2011年1月以來最大負荷均在32-34MW之間，負荷較重；對有載調壓開關取樣進行色譜分析，排除了有載調壓開關存在故障并向本體滲油的可能性。5-6月期間分析結果顯示總烴增長趨勢明顯，產氣速率較快，已大于規程規定的注意值（0.5ml/h），在5月24日產氣速率已達11.38ml/h，5月27日總體含量繼續增長且有C2H2產生，經分析判斷得出變壓器內部存在高溫過熱故障的，因此建議立即對運行負荷進行調整，防止故障進一步發展。

為確保電網安全，防止設備事故發生，檢修人員于7月12日至21日對該主變進行了吊罩大修。吊罩之前，該主變進行常規試驗，除了總烴隨著負荷的升高而增長外并無發現其他異常數據。2011年7月14日，對1#主變實施現場吊罩檢修。通過吊罩檢查發現主要存在鐵芯接地銅片與其鐵芯外側部分接觸部位出現放電燒傷痕跡，鐵芯上有黃豆般大小燒點，銅片部分斷裂、高壓A相、中壓B相引線外絕緣破裂，部分導線裸露，其他各相引線外部絕緣出現不同程度的破損、中壓B相繞組絕緣墊塊位移及松動情況明顯，部分絕緣墊塊脫落在油箱底部、其它各相絕緣墊塊也分別出現了不同程度的松動、圍屏出現開膠和變形，上夾件緊固螺栓出現松動等問題。其它部位未發現異常，確定為鐵芯連接片與外側部分鐵芯搭接引起內部過熱，導致了本體內部絕緣油氫氣、甲烷、乙烯等故障組分迅速增長。確定了故障原因及具體部位后，檢修人員對鐵芯接地銅片重新焊接處理，將燒毀處剝離重新埋入鐵心之中，固定牢靠。在對絕緣油真空過濾、脫氣后，7月21日該主變高壓試驗及絕緣油各項試驗數據合格，主變投入運行。

8月23日大修后運行30天色譜跟蹤分析總烴有增長，其中以C2H4、CH4組分為主，數據見表，考慮到該主變因內部過熱故障大修，氣體組分有回溶因素影響，將對其繼續跟蹤觀察。該主變大修后色譜分析數據如下表。（單位uL/L）

5 結束語

對于變壓器中不同故障部位其色譜數據的比例及大小是不一致的，色譜分析法具有堅實的理論基礎并在實際工作中得到了證實，以色譜法為基礎再結合其他特征量就可以診斷變壓器的故障部位，同時還需對這種方法進行不斷地分析和總結，以便進一步豐富和提高這一項技術，消除變壓器內部的潛在隱患，確保變壓器的安全穩定運行。

參考文獻

[1]陳化鋼.電力設備預防性試驗方法和診斷技術[M].北京：中國科學出版社，2001.

[2]曹墩奎.變壓器油中氣體分析診斷及故障檢查[M].北京：中國電力出版社，2005.

作者簡介：任愛榮（1972，10-），女，工程師，從事變壓器油務化驗工作多年，石嘴山供電供電公司運維檢修部。