淺談牽引變壓器絕緣故障與油中溶解氣體在線監測系統

王 菲

朔黃鐵路發展有限責任公司原平分公司 山西 原平 034100

引言：

本文根據朔黃鐵路牽引變壓器負荷特點，總結了幾種變壓器絕緣故障類型，結合一起故障實例，提出了牽引變壓器的油中溶解氣體在線檢測系統的適用性和必要性。

1 朔黃鐵路原平分公司牽引變壓器負荷特點

朔黃鐵路作為我國西煤東運第二大通道，年運量已達到3億噸以上，其牽引變壓器負荷為重載電力機車，屬于沖擊型負荷。牽引變壓器在很多時候是輕載或無載運行，而沖擊負荷又使其繞組經常處于過負荷狀態，所以經常處于油溫正常但內部繞組過熱的非正常狀態。故牽引負荷主要有負載幅度變化大、負載過載系數高、隨機波動性強、負載陡變等特點。除此之外牽引供電系統為三相／兩相變換或單相系統，繞組中負荷電流不平衡，負序電壓含量高，負荷諧波含量豐富。

2 牽引變壓器常見故障分類

目前朔黃鐵路運行的牽引變壓器均為油浸式變壓器。其故障按發生的部位大致分為內部故障和外部故障。內部故障一般有：繞組的相間短路、繞組的匝間短路、繞組或引出線的接地故障等。外部故障為油箱外部絕緣套管、引出線以及各附件上發生的故障。

變壓器的內部故障從性質上分可以分為過熱性故障、放電性故障和受潮引起的故障三大類。過熱性故障又被分為低溫過熱、中溫過熱、高溫過熱三種情況；放電性故障根據放電能量的大小，分為局部放電、火花放電、電弧放電三種類型，其中電弧放電屬于高能放電，對變壓器絕緣的破壞性最為嚴重；受潮使變壓器絕緣下降，加快老化。

牽引變壓器故障涉及面較廣，類型的劃分方式較多，比較常見的有套管閃絡故障、繞組短路故障、分接開關故障、鐵心多點接地故障、滲漏油氣故障、引線連接松動故障、油流帶電故障、保護誤動作故障等。

牽引變壓器的故障類型多種多樣，且各類基本故障不是孤立存在的，相互之間錯綜相連。歸根結底，大部分故障都是體現在對其絕緣體系的損壞上。因此，只有正確地認識變壓器絕緣體系和能代表其絕緣故障的表征參量，才能準確判斷變壓器故障工作狀態。

3 基于油中特征氣體組分的故障診斷

判斷變壓器運行狀態的方法有很多，其中比較常用的方法就是油中溶解氣體分析法。長期運行中和發生故障后的變壓器在溫度、電場、氧氣和水分的作用下，其絕緣油及有機絕緣材料會逐漸老化和分解產生H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等一些氣體，變壓器內部故障類型甚至故障部位與油中溶解的氣體組分和產所率有著密切關系，因此油中溶解氣體濃度的色譜分析法（DGA）是判斷油浸牽引變壓器早期潛伏性故障最方便、有效的辦法之一。

3.1 診斷方法

《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》(DL／T722—2014)建議通過以下步驟來評估變壓器絕緣狀態：

a）將檢測結果與油中溶解氣體含量注意值作比較，110KV變壓器H2注意值為150，C2H2為5，總烴為150，單位μL/L。

b）與產氣速率注意值作比較，對密封式變壓器，絕對產氣速率的注意值為氫氣10，乙炔0.2，總烴12，一氧化碳100，二氧化碳200(單位mL/d)，總烴的相對產氣速率注意值為10%。

c）用特征氣體法、三比值法并輔助利用其它氣體比值對故障的類型進行判斷。特征氣體可以反映故障點引起的周圍油、紙絕緣的熱分解本質。三比值法是利用五種氣體（CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2）的三對比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6）的編碼組合來判斷故障類型的方法。

d）根據以上結果以及其他電氣試驗的結果，并結合油質分析及設備的結構、運行、檢修等情況進行綜合分析。

3.2 實例分析

小覺變電所2號主變于2017年1月1日送電投運，3月22日首次取油樣進行例行化驗，3月31日再次取樣進行化驗，兩次試驗結果基本一致。經分析H2、C2H2、總烴的含量均超過了注意值，C2H2、總烴的絕對產氣速率也超過了注意值，除CO外其他氣體大量產生，三比值編碼為022，對應類型為高溫過熱。經檢查發現鐵芯接地引出片跨接到其它鐵芯片尖角上，導致鐵心多點接地。4月27日對鐵芯接線片進行包扎絕緣紙板并綁扎加固，并濾油處理。取樣化驗結果合格后投入運行。四次化驗結果如下表。

（單位μL/L）

4 油中溶解氣體在線監測系統

油中溶解氣體濃度的色譜分析法（DGA）在線監測系統，由于能夠及時發現內部可能存在的潛伏性故障，且可在運行中隨時監視故障的發展狀況，不受外界電場和磁場的影響，并且易于在線實現，已被公認為監測和診斷充油變壓器早期故障、預防災難性事故的最有效的方法。

一般來說整套系統應有四大模塊：a）氣體采集模塊，實現變壓器油氣的分離功能，即把油中的溶解氣體從變壓器油中分離出來；b）氣體分離模塊，氣體流經色譜柱后實現多種氣體的分離，各組分的濃度被檢測器檢測，轉換為電信號；c）數據采集及自動控制模塊，主要實現電信號采集、系統工作溫度控制、數據上傳等功能；d）數據及譜圖分析軟件系統，該系統獲取絕緣油中氣體的色譜數據，自動生成深度變化趨勢圖，經過分析計算自動診斷變壓器運行狀態。

5 結束語

重載鐵路牽引變壓器作為牽引供電系統的心臟，由于其負荷特性，故障概率遠大于電力變壓器，而實驗室色譜分析不能及時發現潛伏性故障和有效的跟蹤發展趨勢。因此在鐵路沿線變電所推廣使用在線監測和診斷技術有助于及時發現牽引變壓器早期絕緣故障，避免設備損壞和無計劃的停運，提高牽引供電系統可靠性，提高鐵路系統科學化、智能化管理水平。