一起基于油色譜分析的變壓器過熱故障分析

王 政，郭 峰，楊 錕，趙恒偉，馬霄霖

（國網山東省電力公司濱州供電公司，山東 濱州 256600）

0 引言

電力變壓器在運行中，當其內部存在電弧、放電、過熱等情況時，其絕緣油會分解產生故障特征氣體。特征氣體的成分、含量和增長速率與主變壓器內部缺陷類型及嚴重程度有緊密關聯，通過對特征氣體的監測，可以分析變壓器的運行狀況，進而實現對其內部狀況的實時掌握。油色譜分析結合電氣試驗能夠及時發現變壓器運行中可能存在的隱患［1-2］。在變壓器的綜合故障診斷中，以油色譜分析為主線的潛伏性故障診斷是一種有效的方法。本文結合一起220 kV 主變壓器絕緣油中總烴超標缺陷進行綜合診斷，對類似缺陷的診斷及檢修處理具有一定的參考意義。

1 缺陷概述

某220 kV 變電站2 號主變壓器型號為SFSZ11-240000／220，出廠日期為2016 年9 月，投運日期為2017 年3 月。2 號主變壓器投運之后，油色譜在線監測裝置測試的變壓器油中溶解氣體數值保持穩定。2019 年6 月以來，油色譜在線裝置檢測到乙烯、總烴含量出現增長，如圖1 所示，其中C2H2的濃度接近于0。隨即縮短例行檢測周期，加強對該主變壓器進行本體油色譜分析，如表1 所示。并與油色譜在線監測裝置數據進行對比，如表2 所示，發現數據變化趨勢基本一致。2019 年11 月7 日，離線色譜總烴含量達到168.99 μL／L，大于DL／T 393—2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》 中規定的總烴注意值150 μL／L。隨后，2019 年11 月8 日、9 日、10 日分別對該主變壓器本體取油樣進行色譜跟蹤分析，結果顯示總烴含量持續增長。

試驗人員對2 號主變壓器進行紅外測溫，未發現2 號主變壓器本體存在局部溫度過高情況。對2號主變壓器鐵芯、夾件接地電流檢測，鐵芯接地電流為3 mA，夾件接地電流為6.5 mA，對比其歷史數據未發現明顯變化，滿足DL／T 393—2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中規定的不超過100 mA 的要求。因此初步排除變壓器存在鐵芯、夾件多點接地的可能性。

圖1 2 號主變壓器油色譜在線監測數據趨勢

2 油色譜試驗數據分析

運用三比值法對缺陷類型分析，得到三比值編碼如表3 所示。

參考DL／T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，計算三比值編碼為（0，2，2），表明主變壓器內部存在高于700 ℃高溫的過熱缺陷，內部可能存在引線接頭焊接不良或夾件螺絲松動、分接開關接觸不良、繞組層間絕緣不良、渦流引起銅過熱、局部短路、鐵芯漏磁、鐵芯多點接地等故障［3］。

當變壓器存在缺陷故障時，伴隨其內部缺陷部位溫度的不斷上升，絕緣油裂解產生的各種烴類氣體按CH4—C2H6—C2H4—C2H2的順序推移，而且當溫度較低時，發生局部放電的離子不斷碰撞游離會有H2的出現，這就是四比值法的提出依據。四比值法的基本原理可以歸納為： 四比值法在三比值法C2H2／C2H4、CH4／H2、C2H4／C2H6的基礎上增加了一個比值C2H6／CH4，該方法對磁回路、導電回路的過熱性缺陷的判定有較高的準確度。

表1 2 號主變壓器取本體油樣進行色譜試驗數據 μL／L

表2 2 號主變壓器油色譜在線監測裝置數據 μL／L

表3 三比值法編碼計算

對2 號主變壓器進行缺陷分析時，三比值法與四比值法進行綜合分析，可判斷過熱故障存在于導電回路還是磁回路中。通過計算分析，1＜CH4／H2＜3，C2H6／CH4＜1，C2H4／C2H6≥3，C2H2／C2H4＜0.5，表明變壓器的磁回路中存在過熱性缺陷［4］。

3 停電試驗檢查分析

對2 號主變壓器進行停電，并進行主變壓器診斷性試驗。修前試驗項目包括：測量變壓器主體及鐵芯、夾件的絕緣電阻，測量高、中、低壓線圈直流電阻，重點測試高壓運行分接。測試數據如表4—表6所示。

表4 2 號主變壓器高壓側繞組各分接位置直流電阻測試數據

表5 2 號主變壓器中、低壓側繞組直流電阻測試數據

表6 2 號主變壓器繞組、鐵芯及夾件絕緣電阻測試數據

通過試驗分析，變壓器繞組直流電阻、絕緣電阻數值合格，鐵芯、夾件絕緣電阻數值合格，因此排除導電回路存在缺陷可能性。

4 缺陷處理及原因分析

對2 號主變壓器進行現場內檢，內檢前將主變壓器放油，將儲油柜、片式散熱器與主體之間的閥門全部關閉，只排出主體的油，連接排油管路，排油至下節油箱。排油前將濾油機，油罐清理干凈，不能對油進行二次污染。排油完成后將變壓器套管及人孔位置灰塵清理干凈。打開人孔蓋板與上部定位，讓空氣流通30 min，檢查人員從人孔進入油箱內部，開始內部檢查。主要檢查變壓器油箱內部（鐵芯裝配及高低壓側引線）所有金屬螺栓及鎖片緊固情況，并對所有螺栓重新進行緊固，在檢查中發現變壓器低壓側BC 相串聯電抗器固定拉桿螺栓螺母處有輕微燒傷痕跡，如圖2 所示，拉桿位置如圖3 所示，初步確定為發熱點。隨后對疑點進行拆解，拆下平墊片1 枚，螺母2 枚，如圖4 所示。目視檢查發現，平墊片和2 枚螺母都有明顯燒蝕痕跡，產生結構破損。故障部件的特征符合發熱缺陷的特征，與前期判斷結論相符。檢修人員將拉桿拆下后發現拉桿兩側螺紋及絕緣墊塊均燒傷變形，如圖5、圖6 所示。

圖2 拉桿螺栓螺母輕微燒傷

圖3 鐵芯電抗器拉桿位置

圖4 拉桿兩側平墊片與螺母損壞情況

圖5 燒傷的電抗器鐵芯拉桿

圖6 絕緣墊塊燒傷變形

該缺陷變壓器為高阻抗型，內部低壓繞組串聯電抗器［5］，根據故障部位結構、損毀部件特征分析，電抗器鐵芯拉桿絕緣端墊塊絕緣能力降低導致接地，與鐵芯永久接地點形成環流，進而引起電抗器鐵心拉桿兩側固定螺栓墊片發熱導致絕緣油產生氣體。

現場更換燒傷的拉桿、墊片、絕緣墊，然后對變壓器內部再次進行全面排查，未見其他問題。

復裝完成后進行修后試驗：繞組直流電阻測試，變比測試，主體介損測試，主體及鐵芯夾件絕緣電阻測試，耐壓、局部放電試驗［6-7］。各項試驗數據均合格，并重新投入運行，投運后對其取油樣進行色譜跟蹤檢測，檢測數據如表7 所示，數據穩定且符合相關標準，缺陷消除，充分說明了缺陷診斷分析及處理的正確性。

表7 2 號主變壓器檢修投運后色譜試驗跟蹤檢測數據 μL／L

5 結語

油色譜在線監測裝置是監測變壓器運行中內部缺陷的重要手段，同時與離線油樣色譜微量氣體分析結合，對H2、CH4、C2H2、總烴等特征氣體的變化趨勢進行分析比較，可對變壓器內部存在缺陷的嚴重程度及類別進行診斷分析。對變壓器內部發生的過熱故障判斷分析較復雜，故障類型與部位有緊密聯系。通過以油色譜試驗分析為主線，輔助以鐵芯及夾件接地電流檢測、繞組直流電阻、鐵芯及夾件絕緣電阻等電氣試驗和紅外測溫，對變壓器內部存在的過熱缺陷進行綜合分析診斷，對類似缺陷的處理具有一定的借鑒意義。