分析綜合利用油化和電氣試驗數(shù)據(jù)進行變壓器故障診斷

國網(wǎng)陜西省電力有限公司榆林供電公司 韓怡琳 王夢琳

變壓器在出現(xiàn)大型故障后，如果沒有得到及時的處理就會對整個工廠的生產帶來不利影響。為了能夠保證電廠的穩(wěn)定運行，需要相關人員做好電廠變壓器故障診斷工作。油色譜分析、電氣試驗數(shù)據(jù)是變電器故障診斷分析的常用方法。

1 油色譜檢驗、電氣試驗在變壓器故障診斷中的應用

1.1 原理

變壓器內部的零部件、內部的物質會隨著變壓器運行的時間逐漸衰減，在處于這樣狀態(tài)時，電氣設備絕緣體會處于一種衰減的狀態(tài)，設備的絕緣性能降低。如果變壓器長時間在這樣的狀態(tài)下會分泌一部分的化學氣體，這個期間如果變壓器內部的溫度快速提升，伴隨放電/電弧現(xiàn)象的出現(xiàn)，多余的氣體會在較短的時間內快速擴散，氣體的彌漫會干擾到變壓器的穩(wěn)定運行。

處于這樣的狀態(tài)會逐漸分解出一定數(shù)量較少的化學氣體，在變壓器某一部分溫度提升或出現(xiàn)放電、電弧現(xiàn)象之后，烴類氣體和二氧化碳氣體的分解速度會加快，油氣中分解出來的氣體會形成氣泡，在油氣流經(jīng)、擴散的時候會逐漸在油里溶解，最終會阻礙變壓器的正常運行。在氣體的分解超過油里溶解速度、且在數(shù)量不斷增多的情況下會使油的溶解力不足以應付如此大的數(shù)量，由此使得這些氣體無法得到有效處理，在氣體進入到變壓器后會對繼電器造成影響，使繼電器出現(xiàn)移動、誘發(fā)故障。在故障出現(xiàn)的初期階段，繼電器內部的溫度不會快速提升，繼電器內部的氣體也較少，這時如及時分析和研究油中氣體的組成成分、含量，就能檢查出變壓器內部潛伏的故障。

1.2 方法應用

1.2.1 油中溶解氣體數(shù)值的關注

在《電力設備檢修試驗規(guī)程》中對變壓器的水分和油氣比例做出明確規(guī)定，在開展實驗分析時要按照規(guī)范的標準來篩選數(shù)值，將篩選出來的數(shù)值和規(guī)定的數(shù)值進行比較，確定后指導實踐。通過綜合比較來判定出變壓器的運行是否出現(xiàn)了異常。變壓器油中的氣體注意數(shù)值在變壓器新裝與運行中分 別 如 下：總 烴20、150，H230、150，C2H40、5～35(220kV)/1（500kV）。在分析時所牽扯到的烴類氣體包含CH4、C2H4、C2H6、C2H2，在這些氣體出現(xiàn)數(shù)值變化時要及時按照規(guī)范的標準來調整數(shù)值。1.2.2 產氣速率

變壓器故障的產生不是一時間才有的，而是需要一段時間的運作。對于變壓器來說，其所包含的氣體雖然有一個固定的限值，這種固定的數(shù)值在實際操作中是可以變化的。多數(shù)情況下，變壓器氣體含量超過規(guī)范的數(shù)值之后不會影響其運行、也不會誘發(fā)故障，但是在氣體增多超過限定數(shù)值的時候就會誘發(fā)故障。因此，不能夠單一的從變壓器含量是否超標來判定變壓器是否出現(xiàn)故障，而是需要根據(jù)含氣量的多少去判斷變壓器是否會出現(xiàn)故障。

按照規(guī)范的電力設備檢修要求，各類不同氣體的使用標準和使用要求是不同的。因此，在電力系統(tǒng)電力設備使用一段時間后，需要安排專門人員對這些設備中的氣體分布情況進行檢查。

1.2.3 特征氣體組分析

當變壓器出現(xiàn)故障的時候還會伴隨出現(xiàn)溫度過熱、內部持續(xù)放電、設備受潮等現(xiàn)象。在遇到以上情況的時候，需要相關人員使用油色譜對變壓器的運行故障進行分析，在總體上對故障形成一個把握。經(jīng)過一系列的分析檢驗會發(fā)現(xiàn)，絕緣油、絕緣材料深刻影響變壓器的故障。在絕緣油、絕緣材料受電流沖擊的時候會出現(xiàn)持續(xù)放電的現(xiàn)象，伴隨持續(xù)放電的進行會誘發(fā)變壓器故障。

在變壓器出現(xiàn)故障的時候，其內部的氣體含量等會出現(xiàn)比較大的變動，在變壓器內部溫度在較短時間內提升的時候，也就是在其內部溫度達到300℃的時候，變壓器內部會出現(xiàn)裂變的反應，伴隨會產生甲烷和氫氣，這個時候變壓器內部的氣體含量會出現(xiàn)一系列突發(fā)性的變化，因此，這個時候通過對變壓器內部氣體含量的分析，就能夠把握變壓器內部的故障情況。

1.3 電氣試驗在變壓器故障診斷中的應用

和油化檢驗變壓器故障來說，電氣試驗的應用范圍更為廣泛。在使用油化試驗檢驗分析變壓器故障時，關注的是對變壓器運行狀態(tài)的把握和細節(jié)分析，并不需要額外開展關聯(lián)實驗，僅需要保證設備處于安全狀態(tài)即可。而電氣試驗的檢測和診斷則是需要得到一些輔助手段的支持，結合變壓器應用環(huán)境來選擇適合的模擬方法來檢驗電氣設備的絕緣性，為變電器的穩(wěn)定使用提供足夠的電力支持。

在具體檢驗工作中，電力試驗會將數(shù)值的變化作為重要參考數(shù)據(jù)，借助試驗來將變壓器運行潛在的安全隱患和故障逐一找到，而后按照《電力設備檢修試驗規(guī)程》對變壓器進行試驗，具體包含鐵心夾件試驗、絕緣電阻測試、繞組直流電阻測試、繞組連同套管測試，結合測試結果判斷電器的使用是否安全。電氣試驗能夠根據(jù)數(shù)值的變化來檢驗系統(tǒng)是否出現(xiàn)了故障，對整個變壓器因地制宜的開展必要的電壓試驗，即先讓變壓器處于停止的狀態(tài)，再用在日常用電相同的電壓開展通電測試，通過觀察變壓器各類數(shù)據(jù)來分析試驗環(huán)境下變壓器是否能夠達到常規(guī)的應用標準。電氣試驗不需要使用較多的專業(yè)設備。

2 油化和電氣試驗數(shù)據(jù)進行變壓器故障診斷的優(yōu)缺點分析

油色譜診斷的優(yōu)劣分析。從實際實施操作上來看，油色譜診斷分析的最大優(yōu)點體現(xiàn)在檢驗結果的精準性，且在測試分析的時候不會對設備的正常運行帶來不利影響，檢驗結果具有一定的前瞻性，也就是說在變壓器故障還沒有完全體現(xiàn)出來的時候，通過油色譜診斷就能夠就設備的運行情況做出精準的判斷。但是油色譜檢驗也存在自身的固有缺點，比如費用消耗高，油色譜檢驗操作會使用到比較多的設備，設備引進費用比較高，且設備的普及問題也深刻影響檢驗工作的順利發(fā)展。

電氣診斷的優(yōu)劣分析。和油色譜檢驗相比，電氣檢驗的優(yōu)勢在于不需要消耗比較多的設備成本，且操作起來僅僅是一種試運行的操作，不需要有太多的技術問題予以支持。不僅如此，電氣試驗所適合應用的范圍也要比油色譜廣泛，通過試驗分析所獲得的數(shù)據(jù)信息能夠精準的分析出變壓器的使用問題。但是電氣診斷無法對變壓器潛在故障進行預見性的分析，且在開展電氣試驗分析的時候不得不停止變壓器的運行，最終會影響到企業(yè)的發(fā)展。

綜合使用。經(jīng)過上文分析，油化檢驗和電氣檢驗具有各自的使用優(yōu)缺點，為了能夠更好的判定和解決變壓器運行故障，需要相關人員在電氣設備運行中綜合使用油氣檢測和電氣檢測，充分發(fā)揮出這兩種檢測技術的應用優(yōu)勢。一般情況，在變壓器出現(xiàn)故障的時候使用色譜來對設備的故障進行初步的定性分析，之后通過電氣試驗數(shù)據(jù)分析來對變壓器的使用開展定量分析，及時查找和判定變壓器故障的類型，針對故障類型來采取對應的解決措施。

3 綜合利用油化和電氣試驗數(shù)據(jù)進行變壓器故障診斷的案例分析

3.1 某電廠變壓器運行情況

文章所研究電廠變電系統(tǒng)為330kV，主變壓器是三相自耦殼式變壓器，變壓器的容量為360MVA，整個變壓器在投入運行之后經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)各個試壓項目準備齊全，投運后的定期檢驗發(fā)現(xiàn)設備的各個油化指標處于正常的狀態(tài)。但是在2020年6月的預防性故障檢驗時發(fā)現(xiàn)變壓器出現(xiàn)了故障，導致重瓦斯保護操作。

整個變電站一號主變壓器在運行之后沒有出現(xiàn)超容量運行的情況，也沒有出現(xiàn)出口短路故障，但是再2020年6月的時候，一號主比變本體輕瓦斯發(fā)出了動作信號，之后出現(xiàn)了重瓦斯動作，主變壓器的三側開關出現(xiàn)了跳閘，其他保護系統(tǒng)沒有發(fā)生關聯(lián)動作。在對現(xiàn)場情況進行觀察之后發(fā)現(xiàn)本體氣體繼電器中出現(xiàn)了少量的其他。

3.2 故障診斷

受輕重瓦斯連續(xù)動作的影響，本體氣體繼電器中出現(xiàn)了少量的氣體，通過對這些氣體的分析判定得出變壓器內部出現(xiàn)故障的結論。期間差動保護和其他變壓器保護沒有出現(xiàn)動作，故障錄波也沒有啟動，排除了變壓器內部的單相短路或者嚴重的匝間短路問題。為了能夠更好的分析故障，在故障出現(xiàn)之后對1號變電站主變系統(tǒng)實施油色譜分析和電氣試驗，數(shù)據(jù)信息如表1所示。

表1 變壓器故障前后油化色譜數(shù)據(jù)表

從表1的數(shù)據(jù)信息可以發(fā)現(xiàn)，變壓器故障前油化數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)異常，故障之后本體和瓦斯油的三比值編碼都為102，由此初步判定變壓器內部存在局部溫度過高、電弧放電所引發(fā)的問題。高壓套管-中壓套管之間的電阻數(shù)值呈現(xiàn)出了三相不平衡的中UAN共同，B相大概是A相和C相的二倍，中壓套管-零相套管之間的數(shù)值呈現(xiàn)出三相不平衡的狀態(tài)，B相電阻的數(shù)值較大，初步判定為110kV變壓器B相套組首端的引出線到套管線出現(xiàn)了夾間故障，而出現(xiàn)故障的原因可能包含三種：110kV B相套組開端引出線和引線焊接點連接不順暢；110kV B相引相和套管的連接部位出現(xiàn)了接觸不良的問題；110kV B相套管內部的載流桿和連接頭位置出現(xiàn)了接觸不良的問題。

3.3 故障點的確定

為了能夠更好的確定故障點，在將油氣放入到變壓器內部的時候對變壓器的運轉開展檢驗，具體檢驗結果分析如下：110kV B相套組首端的引出線和焊接接口位置處于一個良好的狀態(tài)，套管和引線也呈現(xiàn)出良好的連接狀態(tài)。110kV B相引線和有載調壓分接開關引線和套管的連接部位處于一種良好的狀態(tài)。

B相套管導電管底部和載流桿的端部會出現(xiàn)放電的現(xiàn)象，銅末會掉入變壓器本體內部，在套管下B相器身壓板上面、套組表面、分接引線上存在比較多的雜質。之后將110kV變壓器B相套管拆除下來進行檢查，在起吊的時候發(fā)現(xiàn)套管內部載流桿的頂端和連接頭逐漸脫離，連接頭和套管的將軍帽燒粘在一起，載流桿的上下部分均出現(xiàn)了放電的現(xiàn)象，載流桿的頂部出現(xiàn)了燒熔的問題，特別是在距離頂端2cm的位置燒熔最為嚴重。在將110kV B相套管返廠檢查之后發(fā)現(xiàn)，截留桿頂部旋入到套管頂部的連接頭深度不夠，在這個過程中出現(xiàn)發(fā)熱就會出現(xiàn)瞬間脫落的問題，由此引發(fā)變電站的跳閘故障。

綜上，變壓器作為電力系統(tǒng)的重要組成，其運行優(yōu)劣直接關系到電力系統(tǒng)的建設。因此，為了能夠確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定，需要相關人員要采取積極的措施來保證變壓器處于一種正常的狀態(tài)。

文章著重就油氣、電氣試驗在變壓器故障診斷分析中的應用問題了進行了探討，分析了兩種檢驗技術使用的優(yōu)缺點，為了能夠更好的判定變壓器的運行，需要相關人員在實踐操作中強化對兩種檢測技術的綜合應用，并在變壓器出現(xiàn)故障的時候使用色譜來對設備的故障進行初步的定性分析，之后通過電氣試驗數(shù)據(jù)分析來對變壓器的使用開展定量分析，并以具體的110kV變壓器運行為案例展開分析，分析發(fā)現(xiàn)故障之前的油化、電氣試驗、溫度測試等如期進行。之后在外界環(huán)境變化后誘發(fā)了故障，針對故障綜合利用油化、電氣試驗數(shù)據(jù)來予以分析，分析后加大監(jiān)督驗收和紅外測溫分析，為后續(xù)規(guī)避變壓器的運行故障提供了有益的參考支持。