110kV變壓器油色譜異常和故障的分析

唐 峰（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

110kV變壓器油色譜異常和故障的分析

唐 峰
（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

摘 要：110kV的變壓器油色譜在發生故障時，綜合有變化特性的氣體和三比值法等方法。綜合考慮把油色譜操作條件、基本結構及異常缺陷情況，進行初步的分析和判斷，試驗診斷繞組變形與直流電壓比，電阻，絕緣電阻值及介質損耗，繞組變形與其他常規測試方法，分析判斷故障原因，而后提出相應的改進技術和建議。

關鍵詞：變壓器；油色譜；故障

隨著社會經濟的不斷發展，變壓器故障經常發生，在變壓器無勵磁分接開關元件，由于它的結構非常簡單、運行后不用其它操作，往往容易在檢修分析和測試階段被忽略，因為它的電壓氣體和機械連接時的主變壓器故障而引起的故障。變壓器是由油、紙組成復合的絕緣，氣體里的潛伏性故障，主要由油、紙的熱裂解。化學結構、材料的熱解產生氣體的特性有密切關系，化學礦物的絕緣油是由石油烴類；化學成分絕緣紙就是纖維素。結構是由不同類型化學鍵構成，鍵能高，分子就更穩定，因此了解絕緣油的熱裂解氣體的一般規律，不飽和烴類氣體產生的熱解能量，隨密度（溫度）增加而增加。熱解能量的溫度增加的過程就是：烷烴、烯烴、炔烴、焦炭。

不同類型的故障，氣體成分特點也不一樣。例如，局部放電，產生氫氣；溫度太高就會產生甲烷和乙烯，嚴重放熱時也有少量的乙炔；電弧發生故障時產生乙炔和氫氣。不一樣的能量，大小不相同的故障的特點，沼氣生產的速度也是不一樣。天然氣的生產更少的潛在故障的初始階段，產氣速率較慢；溫度高的故障源，天然氣生產方面的故障更大，氣體更速度。了解這個道理，就要對絕緣油色譜熱解產生的氣體進行分析，這對我們分析和判斷變電器設備有很大的幫助。

1 過熱性故障

1.1 裸金屬過熱。如果絕緣油分解是由變壓器設備的熱量而引起的，統稱裸金屬過熱。是一個焊接不強的分接開關而導致開關接觸不良；鐵芯多點接地、局部短路等等。油色譜氣體的主要特點是，烴類也增加，這也是甲烷與乙烯氣體的主要特性，一般是達80%以上的總烴類。當故障點溫度很低時，甲烷比例就越大；隨著溫度升高，乙烯比例也會隨之增加。隨后，氫氣也會急劇增加，但是沒有烴類氣體的迅速。溫度嚴重過熱時也會有少量的乙炔氣體，但是不超過6%。

1.2 固體絕緣過熱。溫度過熱時就會涉及固體絕緣材料，就會有低分子烴類氣體的產生，隨后也會產生一氧化碳和二氧化碳。

1.3 低溫度過熱。變壓器由于長期負荷狀態或者有其他原因，致使固體絕緣承受大面積的低溫長期過熱繞組時，溫度上油色譜也不分解，只會出現一氧化碳與長時間的低溫碳化加速過熱的絕緣紙產生的二氧化碳，其中包含一氧化碳所反映故障而且會涉及一些固體絕緣的特性。

2 放電性故障

2.1 高能量放電（電弧放電）。線圈層間絕緣擊穿，電壓溫度過高導致電弧引起的閃絡，和電容屏擊穿電弧所引起的故障。這種異常或者故障的氣體速度很快，氣體量大。故障氣體主要是氫氣（總烴20%～70%）與乙炔，接下來產生的是乙烯和甲烷。故障的能量很大，所以總烴類比較高導致固體絕緣一氧化碳也是比較高的。

2.2 低能量放電（火花放電）。一種間歇放電故障。由于接地不良，核心里面的芯板，通過螺桿的芯接觸不良而引起懸浮放電。分析出天然氣主要成分是乙炔與氫氣，隨后產生乙烯與甲烷氣體。但是能量有較小的故障時，一般總烴含量就不是太高。

2.3 局部放電故障。帶電體經常發生在懸浮帶電體空間或者油浸紙絕緣氣體懸浮帶電體空間，放電氣體的特性會產生氫氣、隨后是甲烷。（能量密度高，也會有少量乙炔氣體）一般不超2%。

3 受潮

變壓器設備里面受到潮濕的時候，氣隙絕緣水與固體油發生局部放電除外，那時就會產生氫氣。也是因為水和鐵的化學反應是電解電場水，所以產生大量氫氣。結論，在變壓器里面受到潮濕時的氫氣含量高。

3.1 油色譜異常數據

2014年 04 月的一個早晨，某變電站一帶天氣非常的惡劣，變壓器跳閘的開關兩側出現故障。檢查后發現：廣告牌的鋁金屬不小心吹到變壓器上了，以致于造成變壓器110kV，側C相導線由鋁金屬對其中氣體取樣銅管放電，導致在變壓器開關兩側，變壓器啟動保護自動跳閘操作。事件發生后結論得出，進行全面的測試與檢驗變壓器發現，在C波段的高電壓側相繞組存在明顯變形或者位移，其他的高電壓正常；油色譜的試驗結果見表1。

3.2 色譜異常數據分析

從表1的數據看出，變壓器的事件前的色譜屬于正常狀態，表明變壓器的里面沒有異常。在鋁金屬零件造成變壓器開關跳閘，以致于油色譜的數據出現異常。結果說明，在油色譜試驗中電弧放電，通過《變壓器油中溶解氣體分析與判斷》為三比值法的指導方針，確定電弧放電故障類型。確定放電可能是線圈的原因，層間的短路、相間的閃絡，導致箱殼或其他接地放電。2014年04月前，實驗數據中沒有發現C2H2，用色譜分析數據值的異常，乙炔/乙烯＝0.4＜1，在這一分接開關沒有操作，不應該是一種負荷開關泄漏的結果。和C相高壓導線的鋁金屬，對氣體取樣銅管放電，電弧燃燒產生明顯痕跡，高壓實驗獲得的數據的變形很明顯。據故障信息的電流8.28ka，比正常高幾倍的浪涌電流，大電流，從而可以判斷出電弧放電的瞬間浪涌，是在運行中產生繞組變形非常明顯。在放電中氣體產生電弧的一些特點，因為這個過程是非常快的。實證分析后所產生的特征氣體，處理后決定進行電力變壓器運行。根據測試結果，送電變壓器油色譜來觀察，氣體各成分都相對穩定，無上升的趨勢。這件事情發生后某變電站對變壓器的工作維護措施，做了一些變化：（1）提高油色譜檢測變壓器的頻率，在各油色譜數據的情況下的測試，安排周期，直到正常的油色譜數據。（2）經過六個月后跟蹤，主變壓器繞組變形的變化，接下來就是根據實驗的情況確定；（3）局部放電測試與紅外測試溫，在當天最大負荷觀察，主變壓器油溫度負荷曲線相同的時間是不是正常的。經過跟蹤變壓器，沒有發現設備的異常。因此，取消跟蹤，保持設備的正常運行與維護措施。

表 1 變壓器異常前后色譜的分析結果（單位：μL/L）

結語

我們在使用變壓器特征氣體法的時候，在三比值法進行分析與判斷的時候就更可靠；我們可以當變壓器有過熱故障的時候，運用微量分析的方法；比如綜合烴類氣體有，過熱檢測特性的關系時，同時再研究相對產生氣體的速率比率，并且依據CO與CO2的比例進行判斷過熱與固體絕緣材料，這時才可以準確無誤的判斷出變壓器設備的異常或故障的性質。在短時間內的氣體電弧放電的特性會出現，這就構成了一個主變壓器總烴組成部分，繼續跟蹤與分析將沒有意義。到那時就必須立即停工檢查故障，這將是一種非常安全可靠的辦法。

色譜分析方法對變壓器設備油色譜中氣體的內容，是可以很有效的進行早期診斷變壓器里面的潛伏性故障的存在。工作上的應用，是要對異常或故障、缺陷的不同的發展階段，進行不同的分析判斷方法，工作時的實際情況與電壓氣體設備外面的結合，進行測試數據，充分的發揮出石油與化學檢測的靈敏度，更容易的正確評價設備狀態或者根據維護設備的策略，提高變壓器的安全運行的可靠性。通過分析，明白了變壓器停用檢測處理是非常必要和及時的。我們從中也可以積累到分析與判斷處理的經驗。所以，在日后的工作中建議使用者，在變壓器設備運行的過程中，多加強專業人員對現場的巡檢，定期檢查和維修以及監督，以免造成異常或者故障的發生。

參考文獻

[1]譚志龍，等.電力用油（氣）技術問答[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]王曉鶯，等.變壓器故障與監測[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3]董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京：中國電力出版社，2000.

中圖分類號：TM407

文獻標識碼：A