變壓器油色譜在線監測系統典型故障分析

姚大川

(國網遼寧省電力有限公司檢修分公司錦州運維分部,遼寧錦州 121013)

變壓器油色譜在線監測系統典型故障分析

姚大川

(國網遼寧省電力有限公司檢修分公司錦州運維分部,遼寧錦州 121013)

近年來,隨著電力科學技術的快速發展,變壓器油色譜在線監測系統迅速、廣泛地應用于電力系統中,變壓器油色譜在線監測系統是用于電力變壓器油中溶解氣體的在線分析與故障診斷,適用于110kV及以上電壓等級的電力變壓器、電弧爐變壓器、電抗器以及互感器等以絕緣油作為絕緣介質的高壓設備。變壓器油色譜在線監測系統可定量、自動、快速地在線監測變壓器等油浸式電力高壓設備的油中溶解氣體的含量及增長率,并通過故障診斷系統早期預報設備故障隱患信息,避免設備事故,減少重大損失,提高設備的可靠運行。本文對一種應用較為廣泛的變壓器油色譜在線監測系統典型故障進行了分析。

變壓器油色譜在線監測系統 典型故障 氣體采樣泵

近年來，隨著電力科學技術的快速發展，變壓器油色譜在線監測系統迅速、廣泛地應用于電力系統中，變壓器油色譜在線監測系統是用于電力變壓器油中溶解氣體的在線分析與故障診斷，適用于110kV及以上電壓等級的電力變壓器、電弧爐變壓器、電抗器以及互感器等以絕緣油作為絕緣介質的高壓設備。變壓器油色譜在線監測系統可定量、自動、快速地在線監測變壓器等油浸式電力高壓設備的油中溶解氣體的含量及增長率，并通過故障診斷系統早期預報設備故障隱患信息，避免設備事故，減少重大損失，提高設備的可靠運行。變壓器油色譜在線監測系統可為電力變壓器實現在線遠程時時分析，為電力系統狀態檢修提供依據。同時就要求變壓器油色譜在線監測系統具有穩定性、可靠性、準確性，如果在線監測系統出現故障，將影響對變壓器等電力設備狀態的判斷。本文對一種應用較為廣泛的變壓器油色譜在線監測系統典型故障進行了分析。

1 變壓器油色譜在線監測系統組成及工作原理

變壓器油色譜在線監測系統是指在不影響變壓器運行的條件下，對其運行狀態進行連續或定時自動監測的系統。變壓器油色譜在線監測系統主要分為單組分、多組分氣體在線監測兩大類，目前使用較多的是多組分氣體在線監測。多組分氣體在線監測的氣體與實驗室油色譜分析的特征氣體基本一致，主要包括氫氣H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2，共計7種特征氣體(H2O選配)。

變壓器油色譜在線監測系統由現場監測單元、主站單元及監控軟件組成。現場監測單元即色譜數據采集器由油樣采集單元、油氣分離單元、氣體檢測單元、數據采集單元、現場控制單元、通訊控制單元及輔助單元組成。

變壓器油色譜在線監測系統工作時，采用真空差壓方式將變壓器油吸入到油樣采集單元中，通過油泵進行油樣循環；油氣分離單元快速分離油中溶解氣體至氣室，內置微型氣體采樣泵把分離出來的氣樣輸送到六通閥的定量管內并自動進樣；在載氣的推動下，樣氣經過色譜柱分離，順序進入氣體檢測器；數據單元完成數據的轉換和采集，處理單元對采集到的數據進行存儲、計算和分析，最后通過軟件進行數據上傳和故障分析。

2 變壓器油色譜在線監測系統典型故障分析

2.1 故障前設備運行情況

該變電站電壓等級為500千伏，變電站地處遼寧西部朝陽地區，承擔朝陽地區大部分符合。該變電站內共有500千伏主變壓器6臺，單相容量為250000千伏安，安裝變壓器油色譜在線監測系統6套，2010年安裝后一直穩定運行。2013年12月開始，在省公司評價中心查閱油色譜在線監測系統日常數據時，發現500千伏2號主變B相、500千伏3號主變A、C相在線監測數據出現異常，全部6組分特征氣體含量均大幅度減少(表1)。分析認為500千伏2、3號主變近期運行正常，且電網運行方式正常，查閱2號主變A、C相及3號主變B相油色譜在線監測數據均正常，判斷一次設備無問題，變壓器油色譜在線監測系統發生故障。見表1。

2.2 油色譜在線監測系統故障分析

首先檢查油色譜在線監測系統后臺，排除油色譜在線監測系統軟件故障誤上傳數據的可能。由于數據變化的趨勢是突然間改變，且特征氣體量是減少的，分析可能為油樣采集單元無法采集到定量的油樣，導致油中溶解氣體含量的變少，經檢查油樣采集單元油泵工作正常，油樣循環正常，排除油樣采集單元故障可能。

表1:500千伏2號主變B相、3號主變A、C相異常在線監測數據

檢查載氣氣壓，氣瓶高壓側、低壓測壓力表均在正常指示范圍內，減壓閥位置正確且壓力值在正常范圍內，故排除因載氣不足原因導致油色譜在線監測系統故障的可能。

分析油色譜在線線監測系統的色譜柱是否存在提前老化的情況，樣氣在經過色譜柱時，無法將樣氣中各組分氣體分離，造成數據異常，經過咨詢廠家，認為該站有6套油色譜在線監測系統運行，有3套監測系統的色譜柱同時出現老化的情況可能性極小。

由于在線監測數據是突然變化的、且數據變化范圍大，大部分特征氣體數據接近0。根據以上數據特征，經綜合分析判斷:如果油氣分離單元無問題，故障原因就是內置微型氣體采樣泵損壞，無法將分離的特征氣體輸送到六通閥的定量管內，導致大部分樣氣沒有進入色譜分離柱，所以不能監測到氣體組分。在對故障原因做出初步判斷后，組織技術人員對油色譜在線監測系統進行檢修。首先檢查油氣分離單元，油氣分離單元沒有發現任何異常，在拆下內置微型采樣泵后，對其進行試驗發現采樣泵損漏氣損壞，導致無法將分離的特征氣體輸送到六通閥的定量管內，大部分樣氣泄漏，致在線監測數據發生大幅度改變。

損壞的內置微型氣體采樣泵，為德國KNF泵業集團制造隔膜液泵，型號為:PML4954-NF30型。其工作原理是一個安裝在偏心曲軸上的彈性膜片在電機的帶動下，上下往復。使得腔體發生形隔膜原理，實現介質的抽入和排出。

通過對損壞的氣體采樣泵進行解體，可發現是由于內置微型氣體采樣泵的隔膜損壞，從而導致從油氣分離單元分離出油中溶解的特征氣體發生了泄漏，沒有氣體被輸送到六通閥的定量管內并自動進樣，所以數據發生突然變化。還有一套油色譜在線監測系統的情況是，氣體采樣泵的隔膜并未損壞，但發現該型氣體采樣泵與輸送氣體管路連接的部分采用的是內螺紋，且材質為塑料，而輸送氣體的管路材質為鋼，存在密封不嚴的情況，且在運行過程中，金屬管路受溫度變化發生形變后，已造成該型氣泵內螺紋損壞，也會導致從油氣分離單元分離出油中溶解的特征氣體發生了泄漏。如圖1、圖2所示。

圖1:氣泵隔膜正常

圖2:氣泵隔膜損壞

3 結語

通過對3套變壓器油色譜在線監測系統的檢修，發現了導致變壓器在線監測數據發生變化的原因。

(1)雖然是由于采樣氣泵隔膜的損壞，導致變壓器油色譜在線監測裝置數據發生了異常。但采樣氣泵隔膜的損壞是由于未按照氣泵參數設置采樣量而致采樣氣泵過符合工作，造成隔膜發生損壞，要要求變壓器油色譜在線監測制造商設置合理的采樣量。

(2)由于該500千伏變電站，地處遼寧西部朝陽地區，該地區晝夜溫差大，冬季寒冷、夏季炎熱，該型采樣氣泵的隔膜材質是否能夠承受氣溫變化對其造成的影響，建議在冬季，可為采樣氣泵采取保暖措施，延長采樣氣泵使用壽命，其他兄弟單位也存在采樣氣泵損壞問題，可認定該缺陷為變壓器油色譜在線監測系統的典型故障。

(3)隨著大量變壓器油色譜在線監測系統進網運行，要加強在線監測系統管理工作，在出廠驗收、現場安裝、試運行等各個環節加強管理，從而保證在線監測系統能夠長期可靠運行。

[1] Q/GDW 538-2010國家電網公司企業標準.變電設備在線監測系統運行管理規范.國家電網公司,2011-01-28.

姚大川(1984—),男,國網遼寧省電力有限公司檢修分公司錦州運維分部電氣試驗管理,工程師/技師。