110kV變壓器油色譜異常和故障的分析

唐 峰（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

110kV變壓器油色譜異常和故障的分析

唐 峰
（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

摘 要：110kV的變壓器油色譜在發(fā)生故障時，綜合有變化特性的氣體和三比值法等方法。綜合考慮把油色譜操作條件、基本結構及異常缺陷情況，進行初步的分析和判斷，試驗診斷繞組變形與直流電壓比，電阻，絕緣電阻值及介質損耗，繞組變形與其他常規(guī)測試方法，分析判斷故障原因，而后提出相應的改進技術和建議。

關鍵詞：變壓器；油色譜；故障

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，變壓器故障經(jīng)常發(fā)生，在變壓器無勵磁分接開關元件，由于它的結構非常簡單、運行后不用其它操作，往往容易在檢修分析和測試階段被忽略，因為它的電壓氣體和機械連接時的主變壓器故障而引起的故障。變壓器是由油、紙組成復合的絕緣，氣體里的潛伏性故障，主要由油、紙的熱裂解。化學結構、材料的熱解產(chǎn)生氣體的特性有密切關系，化學礦物的絕緣油是由石油烴類；化學成分絕緣紙就是纖維素。結構是由不同類型化學鍵構成，鍵能高，分子就更穩(wěn)定，因此了解絕緣油的熱裂解氣體的一般規(guī)律，不飽和烴類氣體產(chǎn)生的熱解能量，隨密度（溫度）增加而增加。熱解能量的溫度增加的過程就是：烷烴、烯烴、炔烴、焦炭。

不同類型的故障，氣體成分特點也不一樣。例如，局部放電，產(chǎn)生氫氣；溫度太高就會產(chǎn)生甲烷和乙烯，嚴重放熱時也有少量的乙炔；電弧發(fā)生故障時產(chǎn)生乙炔和氫氣。不一樣的能量，大小不相同的故障的特點，沼氣生產(chǎn)的速度也是不一樣。天然氣的生產(chǎn)更少的潛在故障的初始階段，產(chǎn)氣速率較慢；溫度高的故障源，天然氣生產(chǎn)方面的故障更大，氣體更速度。了解這個道理，就要對絕緣油色譜熱解產(chǎn)生的氣體進行分析，這對我們分析和判斷變電器設備有很大的幫助。

1 過熱性故障

1.1 裸金屬過熱。如果絕緣油分解是由變壓器設備的熱量而引起的，統(tǒng)稱裸金屬過熱。是一個焊接不強的分接開關而導致開關接觸不良；鐵芯多點接地、局部短路等等。油色譜氣體的主要特點是，烴類也增加，這也是甲烷與乙烯氣體的主要特性，一般是達80%以上的總烴類。當故障點溫度很低時，甲烷比例就越大；隨著溫度升高，乙烯比例也會隨之增加。隨后，氫氣也會急劇增加，但是沒有烴類氣體的迅速。溫度嚴重過熱時也會有少量的乙炔氣體，但是不超過6%。

1.2 固體絕緣過熱。溫度過熱時就會涉及固體絕緣材料，就會有低分子烴類氣體的產(chǎn)生，隨后也會產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。

1.3 低溫度過熱。變壓器由于長期負荷狀態(tài)或者有其他原因，致使固體絕緣承受大面積的低溫長期過熱繞組時，溫度上油色譜也不分解，只會出現(xiàn)一氧化碳與長時間的低溫碳化加速過熱的絕緣紙產(chǎn)生的二氧化碳，其中包含一氧化碳所反映故障而且會涉及一些固體絕緣的特性。

2 放電性故障

2.1 高能量放電（電弧放電）。線圈層間絕緣擊穿，電壓溫度過高導致電弧引起的閃絡，和電容屏擊穿電弧所引起的故障。這種異常或者故障的氣體速度很快，氣體量大。故障氣體主要是氫氣（總烴20%～70%）與乙炔，接下來產(chǎn)生的是乙烯和甲烷。故障的能量很大，所以總烴類比較高導致固體絕緣一氧化碳也是比較高的。

2.2 低能量放電（火花放電）。一種間歇放電故障。由于接地不良，核心里面的芯板，通過螺桿的芯接觸不良而引起懸浮放電。分析出天然氣主要成分是乙炔與氫氣，隨后產(chǎn)生乙烯與甲烷氣體。但是能量有較小的故障時，一般總烴含量就不是太高。

2.3 局部放電故障。帶電體經(jīng)常發(fā)生在懸浮帶電體空間或者油浸紙絕緣氣體懸浮帶電體空間，放電氣體的特性會產(chǎn)生氫氣、隨后是甲烷。（能量密度高，也會有少量乙炔氣體）一般不超2%。

3 受潮

變壓器設備里面受到潮濕的時候，氣隙絕緣水與固體油發(fā)生局部放電除外，那時就會產(chǎn)生氫氣。也是因為水和鐵的化學反應是電解電場水，所以產(chǎn)生大量氫氣。結論，在變壓器里面受到潮濕時的氫氣含量高。

3.1 油色譜異常數(shù)據(jù)

2014年 04 月的一個早晨，某變電站一帶天氣非常的惡劣，變壓器跳閘的開關兩側出現(xiàn)故障。檢查后發(fā)現(xiàn)：廣告牌的鋁金屬不小心吹到變壓器上了，以致于造成變壓器110kV，側C相導線由鋁金屬對其中氣體取樣銅管放電，導致在變壓器開關兩側，變壓器啟動保護自動跳閘操作。事件發(fā)生后結論得出，進行全面的測試與檢驗變壓器發(fā)現(xiàn)，在C波段的高電壓側相繞組存在明顯變形或者位移，其他的高電壓正常；油色譜的試驗結果見表1。

3.2 色譜異常數(shù)據(jù)分析

從表1的數(shù)據(jù)看出，變壓器的事件前的色譜屬于正常狀態(tài)，表明變壓器的里面沒有異常。在鋁金屬零件造成變壓器開關跳閘，以致于油色譜的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。結果說明，在油色譜試驗中電弧放電，通過《變壓器油中溶解氣體分析與判斷》為三比值法的指導方針，確定電弧放電故障類型。確定放電可能是線圈的原因，層間的短路、相間的閃絡，導致箱殼或其他接地放電。2014年04月前，實驗數(shù)據(jù)中沒有發(fā)現(xiàn)C2H2，用色譜分析數(shù)據(jù)值的異常，乙炔/乙烯＝0.4＜1，在這一分接開關沒有操作，不應該是一種負荷開關泄漏的結果。和C相高壓導線的鋁金屬，對氣體取樣銅管放電，電弧燃燒產(chǎn)生明顯痕跡，高壓實驗獲得的數(shù)據(jù)的變形很明顯。據(jù)故障信息的電流8.28ka，比正常高幾倍的浪涌電流，大電流，從而可以判斷出電弧放電的瞬間浪涌，是在運行中產(chǎn)生繞組變形非常明顯。在放電中氣體產(chǎn)生電弧的一些特點，因為這個過程是非常快的。實證分析后所產(chǎn)生的特征氣體，處理后決定進行電力變壓器運行。根據(jù)測試結果，送電變壓器油色譜來觀察，氣體各成分都相對穩(wěn)定，無上升的趨勢。這件事情發(fā)生后某變電站對變壓器的工作維護措施，做了一些變化：（1）提高油色譜檢測變壓器的頻率，在各油色譜數(shù)據(jù)的情況下的測試，安排周期，直到正常的油色譜數(shù)據(jù)。（2）經(jīng)過六個月后跟蹤，主變壓器繞組變形的變化，接下來就是根據(jù)實驗的情況確定；（3）局部放電測試與紅外測試溫，在當天最大負荷觀察，主變壓器油溫度負荷曲線相同的時間是不是正常的。經(jīng)過跟蹤變壓器，沒有發(fā)現(xiàn)設備的異常。因此，取消跟蹤，保持設備的正常運行與維護措施。

表 1 變壓器異常前后色譜的分析結果（單位：μL/L）

結語

我們在使用變壓器特征氣體法的時候，在三比值法進行分析與判斷的時候就更可靠；我們可以當變壓器有過熱故障的時候，運用微量分析的方法；比如綜合烴類氣體有，過熱檢測特性的關系時，同時再研究相對產(chǎn)生氣體的速率比率，并且依據(jù)CO與CO2的比例進行判斷過熱與固體絕緣材料，這時才可以準確無誤的判斷出變壓器設備的異常或故障的性質。在短時間內(nèi)的氣體電弧放電的特性會出現(xiàn)，這就構成了一個主變壓器總烴組成部分，繼續(xù)跟蹤與分析將沒有意義。到那時就必須立即停工檢查故障，這將是一種非常安全可靠的辦法。

色譜分析方法對變壓器設備油色譜中氣體的內(nèi)容，是可以很有效的進行早期診斷變壓器里面的潛伏性故障的存在。工作上的應用，是要對異常或故障、缺陷的不同的發(fā)展階段，進行不同的分析判斷方法，工作時的實際情況與電壓氣體設備外面的結合，進行測試數(shù)據(jù)，充分的發(fā)揮出石油與化學檢測的靈敏度，更容易的正確評價設備狀態(tài)或者根據(jù)維護設備的策略，提高變壓器的安全運行的可靠性。通過分析，明白了變壓器停用檢測處理是非常必要和及時的。我們從中也可以積累到分析與判斷處理的經(jīng)驗。所以，在日后的工作中建議使用者，在變壓器設備運行的過程中，多加強專業(yè)人員對現(xiàn)場的巡檢，定期檢查和維修以及監(jiān)督，以免造成異常或者故障的發(fā)生。

參考文獻

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中圖分類號：TM407

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