基于絕緣油氣相色譜法的變電站主變壓器故障分析

李楊

摘 要：變電站主變壓器由于受到各種復雜因素的干擾，在運行中難免出現故障或其他問題，只有科學地識別其中的故障，并采取合理的防范對策和措施才能真正地從根源上得以控制，從而提高系統的運行效率。本文重點分析了絕緣油的特點以及氣相色譜法的原理，立足于實例分析了基于絕緣油的氣相色譜法的變電站主變壓器故障。

關鍵詞：絕緣油;氣相色譜法;變電站主變壓器;故障分析

0 前言

變壓器屬于整個電力系統的關鍵部分，發揮著電壓變換、電流傳輸等功能，也是整個電力系統輸電、配電的一項重要設備。電力變壓器能否高效地安全運轉關系到電力系統整體的效率與經濟效益，對此就必須采取科學、有效的方法來分析變壓器故障來源與成因，從而為變壓器的精準維護與維修找到出路。

1 絕緣油特點

絕緣油的主體成分為：烴類物質，其中含有烷基、烯基、炔基各種化學基團，以C-C為基礎各類基團得以組合。電力設施工作運轉過程中如果突然出現放電時，或系統處于熱故障狀態下，則將導致絕緣油內部的C-C鍵出現斷裂現象，經過多重繁瑣、復雜的反應以后則將產生氫氣，以及低分子烴類氣體，也可能產生碳的固體顆粒以及大分子聚合物等。

2 氣相色譜分析

氣相色譜法主要是將氣體充當流動相的色層分離分析方法，流動相把氣化的樣品進行統一整合，使其達到色譜柱中，色譜柱中儲存的固定相與樣品內不同組分分子的作用力之間有很大不同，使得各個組分自色譜柱中流出的時間也各有差異，以此來實現對各個組分的妥善分離。通過采用合適的鑒定系統、記錄系統，準確地制作、標示出各個組分外流的色譜柱的具體時間與濃度的色譜圖。參考色譜圖中所標識的出峰時間、先后順序等來剖析化合物的性質，以出峰的高低、面積大小等為基礎來達到對化合物的定量剖析，整個過程體現出高效、選擇性強、分析快速、操作流程簡單等優勢，在對易揮發有機化合物的定性分析、定量分析方面有著獨特的優勢。現實操作中若實驗對象為非揮發性液體、固體等，也能輔助使用高溫裂解工藝，對其實施氣化處理以后再實施剖析。同時，也應適合聯合運用氣相色譜與紅光吸收光譜法，把色譜法作為分離組分負載試樣的方法，以此來確保分離的質量與準確度，實際的判斷與執行流程為：

第一，色譜法。利用此方法檢測出的油樣和游離氣體中不同組分有自己的濃度值。

第二，借助不同組分的分配系數把游離氣體中不同組分的濃度進行換算，使之成為平衡模式下的油內被溶解的氣體的理論數值，具體的換算公式為：

Cil=KiCig

第三，通過對比以上各個公式中所計算得到的i組分于油樣中濃度的理論化測算值，如果雙方大致數值類似，則能斷定存在下面的兩大問題：第一，特征氣體中不同組分的濃度相對較低，這意味著變壓器的各項裝置、設施等都處于常規的工作模式，在這種情況下則要求技術層面人員探索分析非故障氣體的來源，而且要分析電氣報警的成因。第二，個別特征氣體的組分濃度很高，油樣中所溶解的氣體濃度的現實數值超出了理論數值，意味著變壓器的各項設備中出現了緩慢產氣的故障與危機，當發現理論值超出現實的數值，說明能放出多種氣體，變壓器內則存在高效生成氣體的問題。

3 故障實例

3.1 異常現象

某變電站的主變選擇下面的型號：SFZ-75000/110型，75000kV/A型，而且經歷了大修，在最近兩年的試運行中看到主變油溶解氣體中的氫氣、一氧化碳、二氧化碳等的含量達到了很高的濃度，明顯超出了當前規范中所規定的特征氣體的注意值，參照上面的事實，則需要相關人員積極地做好巡視、檢查，而且也要增設紅外測溫儀器，控制主變絕緣油色譜監測周期與各個設備的工作狀態、運轉狀況，后期的長期監測中發現其中的烴類、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等含量也在持續上升。

3.2 問題分析

通過對故障問題的數據統計能看到，二氧化碳、甲烷、乙烷是主變油樣中的主成分，剩下的成分則主要為：一氧化碳、氫氣，和油與紙過熱模式下的獨特氣體差不多一致，經綜合判斷分析出故障來自于固體絕緣情況不合格。

3.3 故障的處理

在專業人員反復的論證下，最終要把此設備進行返廠校驗處理，以吊罩的方式來逐步檢測變壓器在高壓側、低壓側等的直流電阻，進而明確變壓器整體的工作狀態、運行模式，對變壓器頂部檢查時發現鐵芯接地聯片中間部位發生了略微凹陷，同鐵芯牢固貼為一體，聯片的周邊則為絕緣紙緊密包裹，而且其中的部分絕緣紙出現烤焦現象，甚至脫落，接地聯片燒掉了三分之二。根據當前的技術規范，需要鐵芯接地所引出的聯片只有在某個位置同鐵芯構建起連接關系，由于主變設備所提供的聯片較長，緊貼于鐵芯副級表面，即使外圍整體上被絕緣層所包住，在現場被安裝后，因為經歷了反復地重裝，能受到多次地牽扯、拖拽，這些都可能損傷絕緣層。變壓器常規工作模式下，鐵芯自身也將產生某種震動，使得鐵芯表面犀利的尖角逐漸地對絕緣層造成損害，從而造成鐵芯接地引出聯片和鐵芯各級兩點連接。鐵芯的主級、副級雙方構筑成一個電勢差，從而導致鐵芯接地聯片與鐵芯不同層級間形成了循環電流，彼此間的摩擦所打造出的焦耳熱加快了絕緣層的碳化，直至接地聯片構件燒毀受損，接地聯片發熱導致絕緣油發生氧化、離析，形成了大于規范數值量的特殊氣體，如果此時故障得不到遏制，鐵芯聯片構件則可能斷裂，最終導致忒心無法形成常規的接地點，影響電網的安全、平穩運行，根據上面的現象最理想的方式就是及時地更新鐵芯接地聯片，而且要實施真空濾油處理。

4 效果觀察

經過維修整頓后，主變開始再次投運，相關人員也切實遵守規范和規程要求來組織試驗，通過氣相色譜儀來檢測、剖析主變絕緣油中的成分，特別是其中的氣體組分，最終得到了所需的數據，最終的結果表明，經過對主變的檢查、測試，維修以后，油體內的各種氣體，例如：一氧化碳、二氧化碳與氫氣等都出現了持續上升的趨勢，特別是總烴的含量一路攀升，達到故障處理之前的百分之十時，則逐漸走向平穩，再隨之逐漸地下滑，上面的數據所體現出的變化趨勢達到了設備特征氣體緩釋規律，從中能初步判定設備的故障已經被解除，主變裝置開始走向正常良好運行狀態。

5 結語

經過試驗證明，通過正確地操作、使用絕緣油氣相色譜分析法可以第一時間高效、及時地診斷出變壓器設備是否過熱、是否有高溫問題，并對應地采取相關的對策和措施，則可以最大程度地控制故障發展與蔓延，從而有效地避免了變壓器因為鐵芯難以接地所導致的燒毀問題。變壓器因為屬于整個電力系統內的關鍵設備，任何的突發性故障都將導致整個電力系統的運行受影響，甚至可能因為故障而停運，對設備本身的運行周期也帶來一定的影響，將無形中增加維修的成本，威脅到電力系統的健康、平穩運行，這就需要電力部門要縮短維修時間，形成針對性的維修方式，從而最大程度地控制供電損失。

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