某電廠主變壓器油色譜數據超標的分析與處理

陳 瑞，李德志，張希希，蘭 柏，汪波濤

（1.國網新源控股有限公司技術中心，北京市 100161；2.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南省鄭州市 450052）

某電廠主變壓器油色譜數據超標的分析與處理

陳 瑞1，李德志2，張希希2，蘭 柏1，汪波濤1

（1.國網新源控股有限公司技術中心，北京市 100161；2.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南省鄭州市 450052）

本文介紹了利用油中溶解氣體分析進行變壓器故障識別和故障類型判斷的方法，并闡述了該方法在大型電力變壓器故障診斷中應用的案例。

變壓器；油中溶解氣體分析；鐵芯；過熱

0 引言

當發生過熱、放電和受潮等故障時，充油電氣設備內的絕緣油、紙等材料老化、分解產生H2、各種烴類及CO、CO2等氣體。油中氣體的組成和含量與故障的類型及嚴重程度密切相關。取這些氣體作為故障分析的特征氣體，進行色譜分析，并結合電氣試驗排查的方法，是開展大型電力變壓器故障診斷和預測的一個重要手段。[1-3]

1 故障的識別

1.1 特征氣體

特征氣體包括 ：H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2共 7個組分，總烴（∑）為CH4、C2H6、C2H4和C2H2共4種氣體之和。

1.2 油中溶解氣體含量注意值

根據電力行業標準DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》[4]（以下簡稱《導則》），運行中變壓器油中溶解氣體含量注意值見表1，當超過表1所列數值時，應引起注意。

表1 運行中變壓器油中溶解氣體含量注意值

1.3 氣體增長率注意值

氣體含量注意值不是劃分設備內部有無故障的唯一判斷依據。若設備因某些原因使氣體含量基值較高超過注意值，但長期穩定，不能斷定為故障；若氣體含量未超過注意值，但增長迅速，也應引起注意。因此，考查產氣速率對反映故障的存在、嚴重程度及其發展趨勢有更加直接和明顯的作用，可以進一步確定故障的有無及性質。運行中變壓器油中溶解氣體絕對產期速率注意值見表2。

表2 運行中變壓器油中溶解氣體絕對產期速率注意值

2 故障類型的判斷

依據《導則》，三比值法為判斷充油電氣設備故障類型的主要方法。

三比值法利用5種氣體（H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）三對比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6）的編碼組合來進行故障類型判斷，一般在特征氣體含量超過注意值后使用。表3和表4給出了編碼規則和故障類型判斷方法。

表3 三比值法編碼規則

表4 故障類型判斷方法

3 某大型電力變壓器故障診斷案例

3.1 設備主要參數及故障描述

該變壓器自2012年11月投運以來，運行正常。設備參數見表5。

表5 設備參數

2014年5月19日，該變壓器色譜分析總烴超過注意值，產氣速率接近20%。色譜數據顯示該變壓器異常，具體數據見表6。

表6 油中溶解氣體含量 μL/L

3.2 初步分析

（1）色譜三比值為022，初步判斷變壓器內部存在高溫過熱性故障。

（2）一氧化碳、二氧化碳含量基本保持不變，故障部位未涉及固體絕緣。

（3）紅外測溫數據無異常，排除套管端部、油箱表面等部位過熱型故障。

（4）切換投運潛油泵，未發現色譜分析結果有明顯變化，排除潛油泵燒損故障。

（5）結合日負荷曲線，發現總烴增長速率并未隨負荷變化而變化。因此磁路故障可能性最大。

（6）鐵芯接地方式較為特殊，為鐵芯經器身下定位釘直接接地，無法測量鐵芯及夾件接地電流。因此，無法排除鐵芯是否存在多點接地。

3.3 現場檢查

3.3.1 內部檢查

5月22日，主變壓器停電檢修。對變壓器進行了常規檢查試驗項目：繞組直流電阻、絕緣電阻、鐵芯及夾件絕緣電阻、套管介質損耗、本體介質損耗試驗等，試驗結果均未發現異常。根據檢查、試驗結果，排除電路和附件故障，鎖定為磁路故障。5月27日，開始變壓器內部檢查。檢查發現如下問題：

（1）高壓側V相下定位釘鋼墊片有明顯放電痕跡，如圖1所示。

圖1 高壓側V相下定位釘燒蝕情況

器身下定位釘夾件以及墊圈有灼燒痕跡，應為螺栓松動造成懸浮電位引起的小的火花放電所致。而火花放電不會引起總烴快速增長，且總烴絕對值較小，與色譜分析結果過熱性故障不符合。因此，此項問題不是本次故障的主要原因。

（2）低壓側V相鐵芯拉板螺栓鎖片有發黃、過熱現象，如圖2所示。

圖2 低壓側V相鐵芯拉板螺栓鎖片過熱點

低壓側V相鐵芯拉板下部螺栓鎖片燒蝕，為過熱故障導致，與色譜分析結果為高溫磁路過熱性故障一致。說明磁路存在內部環流，可能為鐵芯輕微片間短路、磁路輕微漏磁、鐵芯多點接地導致。

3.3.2 吊罩檢查

為進一步查找故障點，決定對變壓器現場吊罩，進行全面檢查。檢查結果如下：

（1）油箱磁屏蔽良好，鐵芯上斷面無附著碳化物、金屬氧化物，鐵芯油道未見明顯異常（經內窺鏡檢查），潛油泵直流電阻及絕緣電阻正常，分接開關引線及觸頭無松動或過熱痕跡。

（2）再次發現鐵芯拉板緊固件螺栓壓板多處燒蝕，如圖3所示。

（3）檢查發現該主變壓器鐵芯接地設計較為特殊，為通過器身下定位釘直接接地。器身下定位釘兼顧鐵芯緊固和接地功能，且此種螺栓有8處，可能形成鐵芯多點接地，造成內部環流。

圖3 鐵芯拉板螺栓鎖片燒蝕情況

3.3.3 結果分析

針對該變壓器鐵芯接地設計存在鐵芯多點接地的風險，經多方討論，決定該變壓器返廠大修。

（1）返廠解體檢查，重點檢查磁路：①鐵芯片間絕緣及油道間絕緣檢查；②檢查每組磁屏蔽接地情況及磁屏蔽是否有片間短路；③鐵芯及夾件有無多點接地。

（2）對鐵芯接地方式改造：僅保留一個器身下定位釘接地，其他均改造為絕緣螺栓和墊片，確保鐵芯一點接地。

3.4 返廠大修

（1）經返廠解體檢查，確認鐵芯片間絕緣及油道間絕緣正常；磁屏蔽接地良好，磁屏蔽不存在片間短路現場。

（2）發現鐵芯夾件A旁柱接觸面、C旁柱接觸面、C柱接觸面多處過熱點，如圖4所示。

圖2～圖4過熱點，均應為鐵芯內部環流在接觸電阻較大處發熱所致。故障排查至此，已確認多個器身下定位釘直接接地引起的鐵芯多點接地是造成此次過熱性故障的主因。建議立即對鐵芯接地方式進行改造。

圖4 鐵芯夾件接觸面過熱點

3.5 處理情況

（1）將螺母、墊圈燒傷痕跡處打磨平整清理干凈。

（2）更換燒蝕的鐵芯拉板下部螺栓鎖片。

（3）對鐵芯接地方式改造，僅保留一個器身下定位釘接地，其他均改造為絕緣螺栓和墊片，確保鐵芯一點接地。將鐵芯接地和夾件接地分別引出，便于運行中及時監測接地電流。

（4）變壓器組裝后，進行全面出廠試驗；現場安裝完畢后，按照新變壓器進行交接試驗；投運后第1天、4天、10天、30天各做一次油色譜分析。上述試驗均未發現異常。

至此，故障終于得到徹底消除。變壓器投運至今，運行正常。

4 結論及建議

（1）油中溶解氣體分析是及時發現變壓器故障和故障診斷的最有效方法，但對于具體故障位置的定位，需結合相關運行情況、電氣試驗等進行邏輯排除和綜合判斷。

（2）應加強變壓器油色譜跟蹤工作，特別是新投運或大修后的主變投運后，色譜分析周期應嚴格執行《導則》的規定。

（3）建議對主變壓器安裝色譜在線監測裝置，以利于實時對變壓器絕緣情況進行監測。

[1] 李德志.電力變壓器油色譜分析及故障診斷技術[M].北京：中國電力出版社，2013.

[2] 操敦奎.變壓器油色譜分析與故障診斷[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 孟玉嬋.油中溶解氣體分析及變壓器故障診斷[M].北京：中國電力出版社，2012.

[4] 國家能源局. DL/T 722-2014 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則. 北京：中國電力出版社，2014.

陳 瑞（1981—），女，碩士研究生，高級工程師，主要從事電氣一次設備狀態評價及故障診斷工作。E-mail:chenrui0705@126.com

李德志（1957—），男，學士，高級工程師，主要從事油色譜分析及故障診斷工作。

張希希（1987—），女，學士，助理工程師，主要從事油色譜試驗分析工作。

Analysis and Treatment on Exceeding of GCA Data of the Main Transformer of a Power Plant

CHEN Rui1, LI Dezhi2, ZHANG Xixi2, LAN Bo1, WANG Botao1
（1. State Grid Xinyuan Company Ltd. Technology Center,Beijing 10061, China；2. State Grid Henan Electric Power Research Institue., Zhengzhou 450052, China）

This paper introduces the method of fault diagnosis of power transformer. Based on this method, the paper analyses the fault of the transformer in a power plant.

transformer; dissolved gas analysis; iron core;overheat