主變壓器絕緣油色譜異常分析與故障處理

王寶健，楊永尚

(華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司，內蒙古包頭014013)

1 機組概況

2 變壓器色譜分析與故障診斷

2007－02－15—03－01，華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司縮短了油色譜分析的周期，連續跟蹤特征氣體的變化(見表1)，總烴的體積分數不斷上升，從108.91μL/L升至219.00μL/L，其中乙炔的體積分數也有所上升。

2.1 判斷故障的嚴重性

計算此期間的設備絕對產氣速率

式中:va為絕對產氣速率，mL/d;Ci2為第2次取樣時測得的油中某氣體的體積分數，μL/L;Ci1為第1次取樣測得的油中某氣體的體積分數，μL/L;Δt為2次取樣間的實際運行時間，d;m為設備總油量，t;ρ為油的密度，t/m3。

該變壓器為隔膜式油枕，油總量為28.2t，依上式得出總烴的絕對產氣速率為267mL/d，明顯超過DL/T722—2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》和GB/T7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》推薦的變壓器和電抗器油中總烴等的絕對產氣速率注意值12mL/d[2]。根據經驗值，產氣速率超過96mL/d就列為嚴重故障。

2.2 故障類型的診斷

按照DL/T722—2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》和GB/T7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》提出的改良三比值判斷法進行故障類型的診斷。三比值法在實際運用中判斷準確率相對較高，可作為診斷類型的依據。代入數值得出φ(C2H2)/φ(C2H4)，φ(CH4)/φ(H2)，φ(C2H4)/φ(C2H6)3個比值的編碼組合為022，對照故障類型得出變壓器內部高溫過熱(高于700℃)的結論。

表1 特征氣體的變化情況

2.3 根據經驗公式判斷故障溫度

為進一步確定是否存在高溫過熱故障，對熱點進行溫度估算，依據日本月岡、大江等人提出的油紙絕緣熱裂解時產氣的三比值與溫度關系的經驗公式t=322log[φ(C2H4)/φ(C2H6)]+525來判斷故障溫度[1]:2007－02－25，t=322×log4.481+525=734.7(℃);2007－03－02，t=322log4.467+525=734.3(℃)。從計算結果來看，故障點存在過熱情況且溫度相對穩定。

從以上分析可以判斷，變壓器可能存在分接開關接觸不良、引線夾件螺釘松動或接頭焊接不良的現象，渦流引起銅過熱，鐵芯漏磁，局部短路和層間絕緣不良，鐵芯多點接地等故障引起的過熱。華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司與變壓器生產廠家討論、分析測試結果并根據實際情況繼續做色譜試驗追蹤分析，于2007年8月小修時對變壓器進行內部檢查。

3 現場故障處理過程

(1)2007－08－11停機小修，廠家技術人員打開變壓器油箱人孔，有針對性地對潛油泵、分接開關、低壓套管和高壓中性點套管接觸面、鐵芯接地等進行檢查，發現#4冷卻器油泵轉子有明顯摩擦痕跡(如圖1所示)，泵內發現有一個小金屬顆粒，說明定子與轉子的間隙中進入了雜質而引起摩擦過熱，作者分析認為，泵內進入金屬顆粒可能是變壓器油色譜總烴超標和乙炔超標的原因。對#4冷卻器的潛油泵進行更換(因油泵運行中有不明顯間斷異音)，緊固了高、低壓側引線的接線螺絲，未發現其他異常，直阻、變比測試與歷史記錄比對無差異，變壓器油做了過濾脫氣處理。從2007年8月25日投運后到2008年4月大修期間，變壓器主要特征氣體的含量仍然逐漸上升，總烴的體積分數最高達200.00μL/L，乙炔的體積分數最高達到2.13μL/L，總烴的體積分數和產氣速率較修前降低了，但仍未找到主要故障點。

(2)2008年4月，#2機組大修時吊罩查找故障點。大修前做了詳細的檢查試驗方案，吊罩后除進行了常規測試外，還對繞組、鐵芯、分接開關、磁屏蔽、高/低壓引線、各CT等做了重點檢查，查出3處故障:

1)發現無載分接開關靜觸頭上有一處細小的凹坑和麻點(不太明顯)。分析認為，可能在一個接觸環面上偶爾產生的雜質造成接觸不良，曾經因過熱和放電分解出烴類氣體。更換了原分接開關。

圖1 #4潛油泵電機轉子劃痕

2)發現鐵芯級間絕緣有一處短路點(鐵芯表面第1級和第2級之間絕緣油道處)。分析認為，由于鐵芯各級采用并聯方式接地，如果鐵芯級間絕緣發生短路，交鏈的交變磁通量就比較多，會產生較大的電勢和環流，在短路點處就容易發生過熱和放電。將該處鐵芯極間的并聯接地改為串聯接地。

3)上鐵軛外側一級有部分矽鋼片存在下墜現象，但下墜部分矽鋼片表面沒有發現過熱、放電痕跡，現場使用專用工具進行了復位和緊固。

檢查無其他異常后鐘罩回裝，補油靜置后，做常規預試并聯系內蒙古電力科學試驗研究院做局部放電試驗，試驗結果均符合規程要求。投運前空載試驗合格，空載損耗和空載電流與歷史記錄比較無明顯差異;2008－05－27投運后，按規程要求做油中氣體的色譜分析，無超注意值項且穩定;2008－08－22的定期試驗結果再次發現總烴的體積分數(203.00 μL/L)和乙炔的體積分數(1.60μL/L)超過注意值，甲烷和乙烯所占比例大，通過三比值法的診斷仍為變壓器內部高溫過熱。為此，華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司與設備生產廠家協商后決定，在現場檢查未果的情況下，將變壓器返廠進行徹底檢修，在返廠檢修前仍做好短周期的油中溶解氣體的色譜追蹤分析工作，以便及時發現和診斷變壓器故障的發展趨勢。2009年8月變壓器返廠前，總烴的體積分數由170.00μL/L逐漸上升到634.00μL/L，甲烷和乙烯占的比例大且仍有上升趨勢，乙炔的體積分數在0.90～2.90μL/L之間波動。

4 變壓器返廠故障檢查并處理

(1)吊罩檢查未發現異常現象，安裝恢復，做1.1倍負載試驗和1.1倍長時空載試驗并多次監測油色譜，負載試驗時色譜無異常變化，空載時發現含有乙烯和乙炔，再次吊罩監測未發現異常;在空氣中做30%的額定電流試驗，未檢測到局部過熱。初步確定了與故障磁路有關，與電路無關。

(2)解體鐵芯，拆卸過程中在鐵芯柱中心縱向絕緣油道發現相鄰位置的2片絕緣油道的邊緣有過熱灼傷且發黑的痕跡，如圖2和圖3所示。

由于相鄰2點發黑位置實為同一故障點，因此，鐵芯片完全解體后在縱向油道高壓側第8級鐵芯片處有熏黑痕跡，如圖4、圖5所示。

(3)色譜異常分析。此故障點是由于有異物(或雜質)進入鐵芯柱中心縱向油道而導致的。鐵芯柱中心油道是由7片絕緣油道拼接而成的，每2片絕緣油道間存在一定縫隙，異物位于相鄰2片絕緣油道的間隙處，由于異物質量較小，與鐵芯之間為虛接觸，在變壓器運行過程中，因鐵芯振動和變壓器負荷突變等因素影響(如接觸情況的微變、過勵磁等)，造成2個鐵芯框之間局部短路，形成多點接地(如圖6所示)，在短路點形成環流，造成短路點周圍的鐵芯片端面過熱，使變壓器在運行中油色譜異常情況時隱時現。

圖6 鐵芯兩框間短路示意圖

(4)處理措施。對鐵芯進行全面檢查、清理，更換鐵芯所有的絕緣件，更換因燒損清空的3級鐵芯片以及檢查過程中損傷的鐵芯片。組裝后做相關出廠試驗，確保設備的合格。

5 結束語

從華電內蒙古能源有限公司包頭發電分公司#2機組B相主變壓器故障處理過程可以看出，變壓器油色譜分析發揮了重要作用，它對發現變壓器內部某些潛伏性故障及其發展程度的早期診斷非常靈敏且有效。因此，應開展色譜分析并不斷地從實踐中總結經驗，盡早確定潛伏性故障，結合運行、檢修情況和其他試驗結果來綜合判斷故障的部位，以準確提供解決處理方案，保證變壓器安全、穩定運行。

[1]操敦奎，許維宗，阮國方.變壓器運行維護與故障分析處理[M].北京:中國電力出版社，2008.

[2]GB/T7252—2001，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].