油浸式電壓互感器氣相色譜分析法故障診斷

孫澤文 羅慧卉 李欣 龔鶴騰

摘 要：本文通過實例分析，結合設備電氣試驗等結果，利用氣相色譜法對油浸式電壓互感器診斷分析方法進行研究，為互感器故障診斷提供借鑒。

關鍵詞：變壓器；直流電阻；有載分接開關

1 引言

氣相色譜分析是以絕緣油中特征氣體含量的數量及比值來發現設備缺陷的，具有診斷及時、準確的特點。定期對運行設備進行檢測，能夠及時發現設備內部的早期潛伏性故障，通過對故障設備的跟蹤分析，可以掌握故障發展趨勢，以便及時進行檢查處理，防止事故的發生，確保電氣設備的安全、經濟、可靠運行。

采用氣相色譜法具有以下主要優點：一是分離效能較高；二是分析速度較快；三是取樣方便，易實現；四是分析結果靈敏度較高，鑒別油中溶解氣體含量可達百萬分之一；五是適用范圍廣。

2 氣相色譜分析技術在互感器故障診斷中的運用

某變電站35kV母線電壓互感器采用國產、戶外型油浸電磁式產品，2000年6月出廠，2000年9月投入運行，額定電壓為35/kV，額定頻率50Hz。

表1 A相一次繞組絕緣電阻測試結果

2014年2月5日，試驗人員在對改組電壓互感器進行例行試驗的過程中，發現A相一次繞組絕緣電阻明顯下降（試驗數據見下表1），B、C相絕緣數據正常；進行三倍頻感應耐壓試驗，A相不能通過（試驗電壓最高可加至38kV，然后試驗回路過流跳閘），B、C相三倍頻耐壓及勵磁特性試驗均順利通過。從上述結果可以看出，A相絕緣及三倍頻耐壓試驗不合格，檢查設備外觀無異常，懷疑內部存在絕緣故障。

按照Q/GDW 1168-2013輸變電設備狀態檢修試驗規程，油紙絕緣油中溶解氣體分析各特征氣體含量不應超過以下注意值，如表3。

結果顯示，該電壓互感器絕緣油中溶解氣體氫氣、乙炔、總烴含量均嚴重超出標準值。

采用三比值法分析，用氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、氫氣的含量比值，來判斷充油設備的故障性質。這種方法是根據電氣設備內油、紙絕緣故障下裂解產生氣體組分的相對濃度與溫度有著相互依賴關系，選用良種溶解度和擴散系數相近的氣體組分比值作為判斷依據，消除油的體積效應影響，對故障診斷率達80%以上。

A相數據與B、C相比較，以上氣體組分明顯過高，而其中乙炔含量是區分過熱和放電兩種故障性質的主要指標。如果是高溫過熱，將產生少量乙炔，如發生放電型故障，則產生大量乙炔。氫氣時油中發生放電分解的氣體，但其產生不完全時放電引起的，在伴隨氫氣含量超標時，同時一氧化碳、二氧化碳含量較大，則可能是固體絕緣受潮后加速老化的后果。

計算A相互感器的三比值數值，得到C2H2/C2H4=3.35，編碼為2；CH4/H2=0.14，編碼為0；C2H2/C2H6=20.66，編碼為2；得出其三比值編碼為202，故障類型為放電故障。

進一步采用特征氣體判斷法分析，乙炔時故障點周圍絕緣油分解的特征氣體，該臺互感器乙炔（C2H2）含量達459.45uL /L，遠超注意值2 uL /L；同時氫氣（H2）、總烴含量遠超注意值，二氧化碳（CO2）含量較高；表征為油紙絕緣放電故障。

表4 特征氣體判斷標準

上述結果表明，A相電壓互感器內部存在電弧放電故障，據此判斷其一次或二次繞組對地絕緣可能已經損壞，固體絕緣出現老化。

3 解體檢修及發現內部放電故障點的過程

為進一步查明故障原因和部位，工作人員人員編制設備解體檢修和試驗方案，對存在故障的A相互感器進行解體檢修。

在設備內部絕緣油放盡，將繞組和鐵芯整體部分從油箱中拆出來之后，工作人員對各個部位進行了詳細的檢查，但并未發現故障點所在。進行進一步解體分析，依次拆下了互感器的瓷套和箱子上部蓋板、夾件、鐵芯，將繞組部分單獨分離了出來，再分別對各個部件進行檢查。

經過逐項仔細排查，工作人員發現該互感器內部一次繞組層間絕緣紙上有明顯放電黑色斑點，部分油紙絕緣已經被擊穿并形成了多個小孔，再檢查一、二次繞組線圈，發現一次線圈尾端靠近放電痕跡附近折皺處外絕緣有0.5cm左右的破損缺口，二次線圈尾端折皺處有輕微破損。

4 原因分析

互感器一次繞組層間絕緣屬于縱絕緣，一次對二次繞組之間屬于橫絕緣。在長期運行過程中，由于電場、溫度、機械力等因素的長期作用，一、二次繞組絕緣發生老化，絕緣性能逐漸下降。該A相互感器是2000年投入運行的，至今已經運行14年時間，其一次繞組層間絕緣為油浸紙絕緣，絕緣發生老化，一次尾端線圈外絕緣破損后，一次繞組層間絕緣薄弱點對一次尾端發生輕微放電，但并未擊穿，設備仍正常運行，絕緣油在放電作用下釋放出H2、C2H2、CH4等成分，絕緣性能繼續下降，并在進行三倍頻耐壓試驗的過程中，絕緣無法耐受感應電壓導致被擊穿。

5結語

氣相色譜分析法可根據互感器內部析出的氣體含量，分析設備潛伏性故障，特別是對過熱性、電弧性和絕緣破壞性故障等都能有很好的反映。實踐證明，利用氣相色譜分析法，對油浸式電壓互感器進行內部潛在性放電故障早期預報，是一種行之有效的方法，利用氣相色譜分析診斷故障，結合電氣試驗、設備運維等情況進行綜合分析，可較確切地判斷故障類型和故障部位。

參考文獻：

[1] 王意興.探討變壓器油色譜分析技術在電容式電壓互感器故障分析中的運用[J].電工文摘.2014（01）：46-47.

[2] 張利燕，劉廷眾，周小平，等.用色譜法診斷電流互感器絕緣故障[J].變壓器.2010（S1）：29-31.