變壓器油色譜數據異常的原因分析及處理研究

施家煒，劉璨

（國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201400）

隨著經濟水平的不斷提升，各行各業對于電力的需求持續增長，供電企業需要不斷提升自身的專業技術，加強電力設備尤其是電力變壓器的運維管理，以提高電力系統供電的可靠性。因此，深入探究變壓器油色譜數據異常原因，確保通過科學有效的技術手段，及時排查電力變壓器在運行中存在的隱患，提升相關運維人員的專業技能水平，促進電力變壓器高效、有序地運行。

1 變壓器油色譜數據異常原因分析

1.1 故障原因分析

電力變壓器穩定運行，能夠有效提升電力系統運行的經濟性，要想優化變壓器運行效率，相關工作人員必須嚴格按照運維管理流程，定期開展變壓器的檢查維護工作，及時發現變壓器的隱患。盡可能減少因人為失誤造成變壓器故障，檢修人員在具體檢修過程中，需要做好全面的檢修工作，及時找出故障點，必要時，停電進行作業。由于變壓器內部隱患發現難度較大，往往需要通過間接分析法對變壓器進行狀態監測，因此，變壓器的油色譜能更好地幫助檢修人員分析變壓器內部運行工況。為確定變壓器內部的發熱現象產生的原因，檢修人員可以通過油色譜分析結果采取具有針對性的電氣試驗。在實際檢修中發現，變壓器的三相直阻平衡情況良好，則可排除變壓器分接開關接觸不良的問題；通過變壓器的絕緣測試，排除了因變壓器負荷過高產生的熱故障，檢修人員對變壓器鐵芯電流測試發現，鐵芯的接地電流超過常規值，因此，可判斷變壓器鐵芯存在接地故障；觀察鐵芯罩發現，變壓器底存在黑色顆粒，經過研究人員分析發現，黑色顆粒中含有金屬成分，并且此項成分是引起變壓器故障的主導因素。

由于變壓器線圈壓鐵是一塊后4cm、半徑為1.1m的鐵芯。當電力系統變壓器在實際運行過程中，線圈會產生不同程度的懸浮電壓，當變壓器遭受到外部短路故障時，會受到較大的電動力，一定程度上縮短了穿芯螺栓與鋼壓圈之間的爬電距離，鋼壓圈上會產生較高的懸浮電壓，產生放電現象，在懸浮電壓不斷增加的前提下，會形成多個放電點，進而分解變壓器的油，分解出大量的乙烷、乙烯、氫氣等氣體，導致變壓器的油色譜數據出現異常現象，相關人員需要就具體問題進行分析和診斷。具體故障表現為：

（1）油箱之間相通故障。以某變電站為例，根據變壓器油色譜實驗報告發現，油箱中含有大量的CH2H等，通過實驗分析，CH2H含量不斷增長，可判斷為放電現象導致的故障問題，相關人員，通過三比值法進行分析油箱中C2H4/C2H6含 量 為2.5，C2H4/H2為0.18μL/L，C2H4/C2H6為5.66μL/L，三比值的結果為105，按照色譜分析判斷結果為低能放電。因此，可以分析出變壓器故障隱患為變壓器分接頭與油隙散絡、調壓油箱之間相通的故障。檢查人員在實際檢查中發現，部分有載開關油箱中的油位出現下降現象，間隔一段時間發現，油箱油位逐漸上升，因此，可判斷為主變本體存在漏油的現象，相關檢修人員，需要將有載開關儲油柜開關進行檢查，分析是否存在漏油點，最終判斷有載開關油箱與主變油箱的密封效果不理想，影響了變壓器油體色譜異常的現象。

（2）特征氣體法故障分析。由于變壓器自身材料屬性因素，絕緣紙成分主要是碳水化合物，在熱故障的處理下，通常會分解出H2和CH4、C2H6、C2H4等，增加了變壓器的碳氫聚合物含量，基于出現的這些的氣體，能夠幫助檢修人員有效判斷電氣設備內部故障，故稱為特征氣體；當涉及固體絕緣時，會產生CO、CO2，基于不同的特征氣體組成的含量不盡相同，相關檢修人員，可以根據特征氣體的種類和含量，具體分析故障原因。對于放電性故障，在放電氣體中可以檢測到C2H2，C2H4含量大于CH4；通過結合變壓器油色譜分析結果發現，不存在C2H2，C2H4含量小于CH4；那么，根據相反的檢測結果，可判斷變壓器存在放電故障、電弧放電故障。

1.2 故障原因判斷

第一，相關人員在進行數據分析時，需要與油箱中與油溶解的氣體硫含量的注意值進行分析，一旦發現氣體的濃度達到氫注意值150ppm時，檢修人員必須高度重視，詳細查明原因。第二，注意值在參考方面具有一定的參考價值，然而，受油中氣體含量、變壓器容量、變壓器運行方式、運行周期等因素影響，研究人員需要具體分析結果的精準性，并進一步地診斷變壓器故障程度，確保制定出具有針對性的解決措施。同時，故障診斷人員，需要充分考慮產氣速率的影響，進而更好地確定變壓器的故障問題，為故障性質做出更好的評估、判斷。由于產氣速率直接關系到變壓器故障能量的大小、故障位置、故障點溫度等，因此，故障診斷人員在具體分析進行診斷過程中，需要結合而具體情況進行分析。

2 故障處理研究

2.1 應用油色譜分析故障的原理

電力系統變壓器由絕緣材料組成，變壓器的油是石油分離的產物，主要的成分為烷烴、芳香族不飽和烴等化合物組成，有機材料一般由纖維素組成。在熱電作用下，變壓器材料呈現逐漸老化和分解的情況，其中，烷烴成分的熱穩定性較差，在高溫情況下，容易裂化，同時，在裂化的過程中繼續分裂為小分子的烷烴、烯烴、CO、CO2。檢修人員在檢查變壓器故障時，發現熱故障時，發現變壓器油分解出C2H4和CH4，兩種分子的重量在碳氫化合物的85%以上；當溫度在550℃以上時，C2H4和H2急劇上升，占據較大的比例；當溫度達到800℃以上時，會產生較少量的C2H2，最大含量小于C2H4，具體的關系表現為（如圖1）。因此，可判斷變壓器油中的各種氣體含量，能夠為變壓器故障診斷提供科學的原理依據。

圖1 熱平衡下的氣壓溫度關系

2.2 電力系統變壓器油色譜異常處理方法

在現代化科學技術的支持下，研究人員逐漸將人工智能方法，應用于變壓器油色譜分析中，確保為人員分析提供智能化幫助，提高數據提取的精確性，為故障檢修人員提供便利條件，進而提高檢修的工作效率，在智能技術的支持下，大大提升了變壓器檢修質量和效果，最大化保證電力系統運行的穩定性。通過實踐經驗總結，變壓器的油色譜出現異常，與其中微量金屬含量大小有關，甚至造成鐵芯短路等問題的發生，嚴重影響了變壓器的運行效果，制約了電力系統的可持續發展。為更好地提升變壓器運行的穩定性，有關檢修人員必須嚴格檢查油泵情況，及時判斷故障具體分析故障發生的主要原因，結合油色譜進行具體問題具體分析，尤其變壓器出現油色譜異常問題，相關人員需要做出明確的判斷，加強故障排查，確保在最短時間內，解除故障問題，保證電力系統供電的穩定性。

通常，潛油泵會出現局部溫度升高的現象，甚至長時間處于高溫狀態，此時，將油泵接觸油箱時，會發生很大的變化，嚴重影響變壓器的正常運行，部分研究人員，在實踐中采用的是超聲波檢查的方法，盡可能減小對油泵的損傷，更好地分析潛油泵故障發生的原因，并具體診斷故障因素，判斷故障發生的位置，確保故障檢修人員在第一時間制定出檢修措施。通過超聲波故障檢測方法，能夠有效提升變壓器運行的穩定性，檢修人員通過更換不同的檢測方案，保證變壓器安全、可靠運行。

以某一電力系統為例，在發現變壓器出現油色譜數據異常問題時，進行具體的分析，實際檢查中發現，變壓器油色譜數據在異常狀態下，變壓器中的油中存在大量的H2、CH4、C2H4等，檢查人員判斷變壓器故障形勢比較嚴峻，當H2、CH4含量增加到一定的注意值時，變壓器將出現熱故障和放電故障，會產生大量的CH4、C2H4氣體等，將引發嚴重的線路接觸不良等故障，同時，在實際數據提取中，發現當CO、CO2氣體含量不斷增加的情況下，將發生變壓器固體絕緣下料熱分解現象，主要的故障表現為接頭未焊接，夾具的螺釘出現松動的現象，甚至線路短路。相關運維人員，通過油色譜數據分析，可具體判斷出故障發生的主要原因是，電力系統的電站未達到供電標準。需要作業人員及時擰緊螺釘、更換導電桿等，更好地排除故障隱患。

3 結語

綜上所述，電力系統變壓器油箱中的氣體含量、成分等，存在較多的故障風險，容易發生放電故障、熱故障等，相關人員，需要加強故障預防能力，做好預防性實驗方案，加強對細節故障的預防，確保在變壓器油色譜異常數據分析下，更好地判斷變壓器故障，制定科學合理的解決方案，同時，要加大先進信息技術在變壓器油色譜數據異常分析中的應用，提升故障診斷結果的精確性。