變壓器油色譜分析及故障診斷的應用

于 哲，張 月，遲秀華，高 明，徐從慶，白 冰

（1.鞍鋼股份能源管控中心，遼寧鞍山 114000；2.鞍鋼鋼鐵研究院，遼寧鞍山 114000）

引言

變壓器是電力系統的重要設備之一，負責電壓變換、電流分配和傳輸任務，一旦發生故障，將會給電網系統帶來極大的危害，造成巨大的經濟損失［1］。采用氣相色譜分析方法可以實現在不停電情況下，通過對變壓器油中溶解的氣體做分離分析，確定氣體組分和含量變化，可以盡早地發現變壓器設備中存在的潛在故障，及時消除重大設備隱患，從而確保變壓器設備和電網的安全、可靠運行。

1 變壓器油色譜分析原理

正常運行的變壓器油和固體絕緣材料由于受到電場、熱、氧和濕度的影響，隨運行時間而發生速度較緩慢的老化現象，除產生一些非氣態的劣化產物外，還會有少量的氫、低分子烴類氣體和碳氧化物等產生，其中碳的氧化產物（CO、CO2）成分最多，其次是H2和低分子烴類［2］。當運行中的變壓器內部出現故障時，其故障特征組分的含量增長較快，不同的故障有著不同的產氣特征，根據特征組分的不同及其增量的變化可以診斷變壓器的內部故障及其故障類型、嚴重程度、發展趨勢。

2 故障現象

能源管控中心66 kV 27＃變電站2＃變壓器（SFS8-20000/63）于2008年投運，在2017年6月例行油樣化驗時，發現變壓器油色譜數據出現異常，其總烴、H2、C2H2三項指標數據增加明顯，C2H2、H2含量分別達到42.8 μL/L、429.4 μL/L。次日持續跟蹤監測，乙炔、氫氣含量有持續增長趨勢，分別增長到44.2 μL/L、450.8 μL/L。隨后進行一段時間色譜跟蹤監督，總烴、H2、C2H2含量基本穩定，變化不大。2021年11月進行變壓器油色譜試驗時發現H2、C2H2、總烴含量很高且增長迅速，該主變壓器歷次色譜分析數據見表1。

表1 2＃變壓器油色譜試驗數據 單位：μL/L

3 故障分析

根據變壓器油色譜試驗數據結果，按照《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，總烴、乙炔、氫含量均超過注意值。

表2 運行中變壓器油中溶解氣體濃度的注意值［3］單位：μL/L

結合熱軋帶鋼廠1780機組年修，對該主變停電進行高壓絕緣試驗。變壓器的油溫40℃時，一次線圈相直流電阻不平衡率為9.03%。變壓器高壓側三相直流電阻測試數據見表3。

表3 2#變壓器一次線圈三相直流電阻測試數據

調整變壓器分接開關后，再次測試結果沒有變化，說明故障點不在分接開關處。后由檢修人員處理了一次引線接頭，再次測量不平衡率為0.76%，這時直流電阻不平衡率合格了，此時的油溫已降至30℃，按規程規定的1 600 kVA以上變壓器的直流電阻不平衡率應不大于2%可以斷定此變壓器為合格。但是卻有疑問，溫度降下來后的電阻不平衡率跟同類變壓器相比較還是有點高，而且始終是A相高，再結合變壓器油色譜的分析報告，總烴、乙炔、氫含量均超過注意值，依據表4三比值法的編碼規則，可得：

表4 三比值法的編碼規則

C2H2/C2H4=0.098比值編碼是0；CH4/H2=0.34比值編碼是0。

C2H4/C2H6=4.8比值編碼是2。

三比值編碼為002，根據表5判斷，變壓器故障類型為高溫過熱（高于700℃）。

4 故障診斷

根據變壓器油色譜分析，結合變壓器一次線圈三相直流電阻測試數據，判斷變壓器電路存在高溫過熱故障。及時對此變壓器進行吊套管檢修，發現變壓器A相高壓套管內的引線有斷股和熏黑的現象，熏黑痕跡是引線斷股后與內壁發生打火放電所致（見圖1）。

圖1 變壓器A相高壓套管內引線斷股部位

表5 變壓器故障類型表

經檢查分析是由于A相高壓套管內的引線與套管接手接觸不良，形成懸浮尖端放電，近期變壓器運行負荷增大，長時間的懸浮放電產生熱擊穿將引線燒蝕，產生高溫，使變壓器油分解，產生小分子，致使油樣檢測數據出現異常。對此變壓器立刻進行了故障處理，將破損的導線減掉，因減掉后導線不夠長，又重新壓接導線并接好，經試驗全部合格后，正常投入運行，避免停電事故發生。

5 結論

通過變壓器油色譜數據分析，可以得出變壓器油中溶解氣體含量，能夠準確、及時了解變壓器設備的運行狀況，及時發現并診斷出變壓器內部的潛伏性故障，為電力變壓器的安全經濟運行提供了可靠的技術保障。