電廠變壓器油色譜異常的分析與處理

張江，李丹

（神華（福州）羅源灣港電有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，人們的生活水平日益提升，這也在人們的日常用電上得到體現，人們對電力需求不斷增加，這也對發電廠的供電能力提出了考驗[1]。因此，電廠要不斷優化自身技術，提升管理水平，確保人們的日常用電需求。在發電廠的日常運行管理過程中，不可避免的會因為一些設備故障導致電廠運行出現問題，進而對正常供電造成影響。變壓器是電廠運行中極為重要的設備，加到變壓器的維護管理是電廠工作的關鍵所在。然而在電廠的日常工作中，變壓器設備不可避免的出現各類故障，變壓器的油色譜出現異常是其出現問題的主要表現之一[2]。因而，電廠變壓器油色譜一旦出現異常情況，工作人員應及時進行問題分析并加以處理，從而在最短時間內回復變壓器的正常運行，確保電廠供電工作的穩定可靠進行。

1 應用油色譜分析故障的原理

眾所周知，變壓器的絕緣材料主要由變壓器油和浸入油中的有機絕緣材料組成。變壓器油是石油的分餾產物，主要由烷烴(CnH2n+2)、環烷族飽和烴(CnH2n)和芳香族不飽和烴(CnH2n-2)等化合物組成[3]。有機絕緣材料主要由纖維素(C6H10O5)n組成。在熱和電的作用下，變壓器油和浸入其中的絕緣材料將逐漸老化和分解。烷烴的熱穩定性最差，在高溫下極易被裂化，在裂化過程中，大分子烷烴化學鍵斷裂后會分裂為小分子的烷烴(CnH2n+2)，烯烴(CnH2n)以及H2，CO和CO2氣體。氣體類型和施加的能量之間的關系如表1所示。

表1 氣體種類與外施能量的關系Table 1 Relationship between gas species and applied energy

當變壓器出現過熱故障時，如果只有熱源變壓器油分解，產生的特征氣體主要是CH4，C2H4，兩者的總和通常占總碳氫化合物的80%以上[4]。當熱點溫度超過500℃時，C2H4，H2急劇增加，比例增大;當熱點溫度超過800 ℃時，產生少量的C2H2，其最大含量小于或等于C2H4含量的10%。在熱平衡下產生的氣體的分壓-溫度關系如圖1所示。

盡管根據熱力學平衡理論，Halstead在理想極限的平衡狀態下建立了上述氣體分壓-溫度關系模型，但這種平衡狀態在實際故障中不存在。然而，它提出了變壓器故障和熱力學模擬之間的一些相關性，并且對于使用油色譜分析來估計變壓器內部故障的溫度是有價值的。

圖1 熱平衡下的氣體分壓一溫度關系Fig. 1 Gas partial pressure-temperature relation under thermal equilibrium

也就是說，在測量變壓器油中的各種氣體含量后，根據氣體總量和每種特征氣體的比例，可以確定變壓器的故障類型以及變壓器可能出現的故障。這是應用變壓器油色譜診斷變壓器故障的基本原理[5]。

2 變壓器發生異常的情況

變壓器的運行情況是否正常直接關系著電廠的運行穩定性，為保障電廠的正常運行，工作人員必須按照相關規則和流程對變壓器進行定期的檢修與維護工作。通過對變壓器的維護，可以發現變壓器存在隱患問題，并對問題進行分析和處理，同時也可以為變壓器的運行情況提供參考，方便下一次的維護工作[6]。通過日常檢修可以對變壓器的運行情況做出大致的判斷，很多時候，人為或者機械設備故障是引起變壓器油色譜異常的主要因素。檢修人員對變壓器進行檢查時，能夠及時發現循環電流故障，該故障是由磁回路故障造成的，這時就需要展開區域停電檢修，從而查找出變壓器油色譜異常的具體原因以及故障發生的位置。電廠變壓器的檢修與維護工作技術要求高，工作難度大，檢修人員通常要在現場進行變壓器的檢修和故障處理，油色譜分析對于找出變壓器故障具有十分重要的意義[7]。此外，在進行電廠變壓器油色譜分析時，檢修人員要盡可能在變壓器空載狀況下進行油色譜分析，這樣才能更加快速有效的發現故障的原因以及發生位置。

3 電廠變壓器油色譜異常的處理方法

隨著人工智能技術的不斷成熟，其應用也越來越廣泛，當前我國已開始將人工智能技術應用于變壓器油色譜分析，利用智能化軟件對變壓器的油色譜異常情況進行分析，工作人員就能借助智能軟件分析的數據，更加便捷和準確的找出故障所在，提升了變壓器故障處理效率和質量，保障了電廠的正常穩定運行[8]。

實踐經驗證明，變壓器油色譜出現異常并且一些微量的金屬元素含量不同時，通常會引發變壓器內部鐵芯短路，如果出現這種情況，就會嚴重影響變壓器的正常運行，進而對整個電廠的運行造成不利影響。如果出現上述情況，工作人員應與生產廠家聯系，由廠家運回廠進行吊芯處理[9-10]。

在電廠變壓器出現油色譜異常時，對潛油泵展開全面細致的檢查至關重要。潛油泵故障是造成變壓器油色譜異常的重要因素，因此，如果變壓器出現油色譜異常，要及時對潛油泵進行觀察，從而能夠及時對變壓器故障進行排查和確定[11]。當潛油泵發生了局部升溫或者長期處在高溫狀態下時，與潛油泵接觸的油就會發生較大的變化，很大程度上加大了發生油裂的概率，從而影響變壓器的正常運行。潛油泵的檢查可以利用超聲波檢測法，超聲波檢測法不會對潛油泵造成損傷，同時能夠分析處潛油泵故障發生的原因以及具體位置，采用超聲波檢測法進行油泵檢查能夠很大程度提升變壓器的運行安全穩定性。變壓器潛油泵的定子故障大多數情況下是由變壓器自身攜帶的一些金屬渣粒所造成的[12-13]。在變壓器的維護檢修工作中，如果發現是因潛油泵導致變壓器故障時，工作人員應采用調換的方法對其進行觀察與監測，如果調換以后的方案能夠保證潛油泵正常工作，就說明該方案能夠保證變壓器的正常運行，假如調換后不能正常工作，那么就要接著對變壓器潛油泵進行更加詳細的分析以及處理[14-15]。

4 實例分析

2016年9月，國內某火力發電廠在1號主變壓器預防性試驗中發現了變壓器油色譜分析的異常情況。2015年8月的色譜分析比較數據如表2所示。

表2 色譜分析結果（μL/L）Table 2 Chromatographic analysis results (μL/L)

從表中給出的數據可以看出，變壓器油中H2，CH4，C2H4和總烴的含量明顯增加。這表明失故障正在惡化。當H2和C2H2的含量增加時，表明變壓器具有高溫過熱或放電型故障。該故障氣體主要含有兩種主要氣體CH4和C2H4，表明發生過熱或接觸不良。CO和CO2含量的增加表明該故障涉及固體絕緣材料的熱分解。通過分析判斷，發現該故障是高溫過熱故障，主要是接頭未焊接，夾具螺釘松動，開關接觸不良，短路等。

根據這一判斷，維護人員有針對性地檢查和修復了這類問題，發現故障的原因是電站不合格。也就是說，變壓器的低壓側區域中的套筒型導電桿和引線上的鍍銅連接螺栓松動。因此，可以通過更換導電桿和螺栓來消除故障排除。檢查完成后，使用直流電阻測試來確認故障已經消除。

5 結論

變壓器的正常運行是確保電廠正常運行的重要設備之一。因此，與電廠相關的工作人員的一項重要任務是對變壓器進行日常檢查和維護。如果變壓器發生故障，則不易修理，在電廠變壓器的日常運行過程中，工作人員需要對變壓器的油色譜變化進行積極觀察和分析，從而方便對變壓器的運行情況是否良好做出及時的判斷。通過這樣做，可以極大地方便變壓器的維護，從而有效的降低了變壓器的運行維護難度，避免了因變壓器故障發現不及時而造成的經濟損失，有利于確保變壓器的安全穩定運行。