色譜分析在變壓器套管故障診斷中的應用

張亞華

（國網遼寧電力有限公司本溪供電公司遼寧省本溪市117022）

色譜分析在變壓器套管故障診斷中的應用

張亞華

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目前，電力系統廣泛采用氣相色譜法分析溶解于油中的氣體組分及含量來發現設備內部存在的潛伏性故障，并隨時掌握故障的發展情況，以采取必要的措施。然而如何利用分析結果進行合理的分析判斷則是關鍵所在。本文簡要闡述了變壓器油中氣體的產生機理，并通過幾件故障實例，歸納出變壓器套管常見故障及分析處理方法。

氣相色譜分析；變壓器；電容式套管

氣相色譜分析已廣泛應用于檢測充油電氣設備內部存在的潛伏性故障，是保證充油電氣設備安全、經濟運行的重要手段之一。目前，在電網中66kV及以上變壓器套管，大多采用油紙電容式結構。而對這類套管缺陷進行正確的分析和判斷，對缺陷的消除及其安全運行起著至關重要的作用。下面就變壓器油的產氣機理及套管常見故障分類進行探討。

1 變壓器油中氣體產生過程

1.1 油中氣體的產生機理

變壓器油是由許多不同分子量的碳氫化合物分子組成的混合物。與其它物質一樣，組成變壓器油的各種物質原子是以化學鍵聯結所構成的。在正常情況下，變壓器油在熱和電的作用下其能量不足以使這些鍵都遭受破壞，只有少量原子化學鍵斷裂，產生極少量的各種低分子烴類及二氧化碳、一氧化碳等氣體。但當設備內部存在電弧或高溫熱點時，故障點溫度會逐漸升高，能量密度也會逐漸增大，會使烴類的鍵更多地斷裂，進而產生大量的低分子烴類氣體和氫氣。一般隨著油熱裂解溫度的增高，烴類裂解產物出現的順序依次為：烷烴→烯烴→炔烴→焦碳。

1.2 氣體在油中的溶解傳質過程

正常運行時，變壓器油中溶解的氣體，油-氣兩相處于相對平衡狀態。當設備產生故障時，故障點產生的氣泡會因浮力而做上升運動，在其運動過程中與附近油中已溶解的氣體發生交換，同時，固體絕緣對熱解氣體存在吸附現象，因而氣體能均勻溶解于油中。隨著故障的發展，當產氣速度大于溶解速度時，就會有部分氣體進入氣體繼電器，使氣體繼電器內積聚氣體。

2 色譜分析法判斷變壓器套管故障

通過油中溶解氣體分析來檢測設備內部潛伏性故障，了解故障發生的原因，不斷地掌握故障的發展趨勢，提供故障嚴重程度的信息，即時報警，是油中溶解氣體分析的主要任務。而對于一個有效的分析結果，則應按以下步驟進行診斷：斷定有無故障、判斷故障類型以及診斷故障的狀況：如熱點溫度、故障功率、嚴重程度、發展趨勢等，并提出相應的反事故對策。

目前，“三比值法”是較為常用的判斷故障方法，它是利用分析結果五種氣體的三個比值與編碼規則進行對比，得出相應的編碼組合，進而判斷故障類型。下面就利用色譜分析法判斷變壓器套管常見故障以及處理過程列舉實例加以說明：

2.1 套管過熱性故障

某變電站220kV#2主變（型號：SFPS3－90000/220）于1999年12月改造后投入運行，投運后色譜分析一直正常。2000年9月10日定期試驗總烴突然增大（數值見表1），同時測量鐵芯對地電壓48V，電流18A。9月13日停電檢查試驗，除鐵芯絕緣電阻為3Ω外，其它正常，于是在鐵芯引出線上串聯一電阻以限制通過電流。同時，又對該變壓器所有一次、二次側套管進行了色譜分析（二次側B相套管具體數值見表2），判斷有穿纜引線分流故障。9月16日將此套管吊出進行檢查，發現穿纜引線在均壓球以上燒黑400多毫米，37股引出線中4股有不同程度的燒傷。分析故障原因，認為是由于引線位置不正，錯位而使引線與均壓球磨擦，將引線包扎絕緣損傷造成分流，燒壞引線，產生高溫過熱直接傳導至套管，使套管中油急速分解產生大量氣體。當即進行處理，重新包扎絕緣并更換了新套管，投入運行后未發現異常。

表1 （單位：μL/L）

表2 （單位：μL/L）

2.2 均壓球放電故障

某電廠500/220kV聯絡變壓器，C相，型號為ODFPSZ－120000/500，1998年5月20日起停止運行，當時油色譜分析乙炔含量為0.19μL/L。2006年6月因B相大修，改為C相運行。2006年7月6日投運前乙炔為痕量（數值見表3）。7月7日變壓器又投入運行，7月8日取油樣，乙炔含量為8.0μL/L，7月10日乙炔含量又增至9.5μL/L。將變壓器停運進行放油檢查，發現66kV一套管均壓球松動，并有放電痕跡，均壓球內有大量游離碳。

表3 （單位：μL/L）

2.3 主變本體油進入套管內部

某變電站220kV主變一次側中性點套管，2006年春檢預試時發現油中總烴急劇增長至466.7μL/L，且其烴類氣體含量及比例均與本體油相近，因此我們分析可能是本體油滲入套管內部，并且變壓器本體存在過熱性故障，而使套管油色譜分析結果異常。經檢查，發現套管下部放油螺絲松動，造成本體油滲入到套管，證明了此分析的正確性。該套管經處理和換油后運行，2007年試驗數據正常（套管及本體油色譜分析結果見表4）。

表4 （單位：μL/L）

3 結論

（1）由于套管下部均壓球松動并達到一定程度時則出現懸浮電位放電，是電容型套管較常見的故障，其特點是單純乙炔含量增大。

（2）穿纜引線位置不正致使絕緣被破壞，也是變壓器套管較常見的故障之一，其特點是總烴明顯增大，但無或極小乙炔。

（3）套管故障也可引起變壓器本體色譜分析結果異常。當發現變壓器本體色譜結果異常時，應根據情況同時對套管進行分析檢測。

（4）當色譜分析發現異常時，應結合其它電氣試驗，同時考慮是否有其它因素影響而進行綜合分析判斷。

[1]操敦奎，編著.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查.

[2]《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》（GB/T7252-2001）.

TM407

A

1004-7344（2016）30-0113-02

2016-10-7

張亞華（1967-），女，遼寧本溪人，高級工程師，從事電力系統電氣油務工作。