油浸式電壓互感器氣相色譜分析法故障診斷

孫澤文 羅慧卉 李欣 龔鶴騰

摘 要：本文通過實(shí)例分析，結(jié)合設(shè)備電氣試驗(yàn)等結(jié)果，利用氣相色譜法對油浸式電壓互感器診斷分析方法進(jìn)行研究，為互感器故障診斷提供借鑒。

關(guān)鍵詞：變壓器；直流電阻；有載分接開關(guān)

1 引言

氣相色譜分析是以絕緣油中特征氣體含量的數(shù)量及比值來發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷的，具有診斷及時(shí)、準(zhǔn)確的特點(diǎn)。定期對運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行檢測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的早期潛伏性故障，通過對故障設(shè)備的跟蹤分析，可以掌握故障發(fā)展趨勢，以便及時(shí)進(jìn)行檢查處理，防止事故的發(fā)生，確保電氣設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

采用氣相色譜法具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：一是分離效能較高；二是分析速度較快；三是取樣方便，易實(shí)現(xiàn)；四是分析結(jié)果靈敏度較高，鑒別油中溶解氣體含量可達(dá)百萬分之一；五是適用范圍廣。

2 氣相色譜分析技術(shù)在互感器故障診斷中的運(yùn)用

某變電站35kV母線電壓互感器采用國產(chǎn)、戶外型油浸電磁式產(chǎn)品，2000年6月出廠，2000年9月投入運(yùn)行，額定電壓為35/kV，額定頻率50Hz。

表1 A相一次繞組絕緣電阻測試結(jié)果

2014年2月5日，試驗(yàn)人員在對改組電壓互感器進(jìn)行例行試驗(yàn)的過程中，發(fā)現(xiàn)A相一次繞組絕緣電阻明顯下降（試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表1），B、C相絕緣數(shù)據(jù)正常；進(jìn)行三倍頻感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，A相不能通過（試驗(yàn)電壓最高可加至38kV，然后試驗(yàn)回路過流跳閘），B、C相三倍頻耐壓及勵(lì)磁特性試驗(yàn)均順利通過。從上述結(jié)果可以看出，A相絕緣及三倍頻耐壓試驗(yàn)不合格，檢查設(shè)備外觀無異常，懷疑內(nèi)部存在絕緣故障。

按照Q/GDW 1168-2013輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程，油紙絕緣油中溶解氣體分析各特征氣體含量不應(yīng)超過以下注意值，如表3。

結(jié)果顯示，該電壓互感器絕緣油中溶解氣體氫氣、乙炔、總烴含量均嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)值。

采用三比值法分析，用氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、氫氣的含量比值，來判斷充油設(shè)備的故障性質(zhì)。這種方法是根據(jù)電氣設(shè)備內(nèi)油、紙絕緣故障下裂解產(chǎn)生氣體組分的相對濃度與溫度有著相互依賴關(guān)系，選用良種溶解度和擴(kuò)散系數(shù)相近的氣體組分比值作為判斷依據(jù)，消除油的體積效應(yīng)影響，對故障診斷率達(dá)80%以上。

A相數(shù)據(jù)與B、C相比較，以上氣體組分明顯過高，而其中乙炔含量是區(qū)分過熱和放電兩種故障性質(zhì)的主要指標(biāo)。如果是高溫過熱，將產(chǎn)生少量乙炔，如發(fā)生放電型故障，則產(chǎn)生大量乙炔。氫氣時(shí)油中發(fā)生放電分解的氣體，但其產(chǎn)生不完全時(shí)放電引起的，在伴隨氫氣含量超標(biāo)時(shí)，同時(shí)一氧化碳、二氧化碳含量較大，則可能是固體絕緣受潮后加速老化的后果。

計(jì)算A相互感器的三比值數(shù)值，得到C2H2/C2H4=3.35，編碼為2；CH4/H2=0.14，編碼為0；C2H2/C2H6=20.66，編碼為2；得出其三比值編碼為202，故障類型為放電故障。

進(jìn)一步采用特征氣體判斷法分析，乙炔時(shí)故障點(diǎn)周圍絕緣油分解的特征氣體，該臺互感器乙炔（C2H2）含量達(dá)459.45uL /L，遠(yuǎn)超注意值2 uL /L；同時(shí)氫氣（H2）、總烴含量遠(yuǎn)超注意值，二氧化碳（CO2）含量較高；表征為油紙絕緣放電故障。

表4 特征氣體判斷標(biāo)準(zhǔn)

上述結(jié)果表明，A相電壓互感器內(nèi)部存在電弧放電故障，據(jù)此判斷其一次或二次繞組對地絕緣可能已經(jīng)損壞，固體絕緣出現(xiàn)老化。

3 解體檢修及發(fā)現(xiàn)內(nèi)部放電故障點(diǎn)的過程

為進(jìn)一步查明故障原因和部位，工作人員人員編制設(shè)備解體檢修和試驗(yàn)方案，對存在故障的A相互感器進(jìn)行解體檢修。

在設(shè)備內(nèi)部絕緣油放盡，將繞組和鐵芯整體部分從油箱中拆出來之后，工作人員對各個(gè)部位進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，但并未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)所在。進(jìn)行進(jìn)一步解體分析，依次拆下了互感器的瓷套和箱子上部蓋板、夾件、鐵芯，將繞組部分單獨(dú)分離了出來，再分別對各個(gè)部件進(jìn)行檢查。

經(jīng)過逐項(xiàng)仔細(xì)排查，工作人員發(fā)現(xiàn)該互感器內(nèi)部一次繞組層間絕緣紙上有明顯放電黑色斑點(diǎn)，部分油紙絕緣已經(jīng)被擊穿并形成了多個(gè)小孔，再檢查一、二次繞組線圈，發(fā)現(xiàn)一次線圈尾端靠近放電痕跡附近折皺處外絕緣有0.5cm左右的破損缺口，二次線圈尾端折皺處有輕微破損。

4 原因分析

互感器一次繞組層間絕緣屬于縱絕緣，一次對二次繞組之間屬于橫絕緣。在長期運(yùn)行過程中，由于電場、溫度、機(jī)械力等因素的長期作用，一、二次繞組絕緣發(fā)生老化，絕緣性能逐漸下降。該A相互感器是2000年投入運(yùn)行的，至今已經(jīng)運(yùn)行14年時(shí)間，其一次繞組層間絕緣為油浸紙絕緣，絕緣發(fā)生老化，一次尾端線圈外絕緣破損后，一次繞組層間絕緣薄弱點(diǎn)對一次尾端發(fā)生輕微放電，但并未擊穿，設(shè)備仍正常運(yùn)行，絕緣油在放電作用下釋放出H2、C2H2、CH4等成分，絕緣性能繼續(xù)下降，并在進(jìn)行三倍頻耐壓試驗(yàn)的過程中，絕緣無法耐受感應(yīng)電壓導(dǎo)致被擊穿。

5結(jié)語

氣相色譜分析法可根據(jù)互感器內(nèi)部析出的氣體含量，分析設(shè)備潛伏性故障，特別是對過熱性、電弧性和絕緣破壞性故障等都能有很好的反映。實(shí)踐證明，利用氣相色譜分析法，對油浸式電壓互感器進(jìn)行內(nèi)部潛在性放電故障早期預(yù)報(bào)，是一種行之有效的方法，利用氣相色譜分析診斷故障，結(jié)合電氣試驗(yàn)、設(shè)備運(yùn)維等情況進(jìn)行綜合分析，可較確切地判斷故障類型和故障部位。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王意興.探討變壓器油色譜分析技術(shù)在電容式電壓互感器故障分析中的運(yùn)用[J].電工文摘.2014（01）：46-47.

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