瀑布溝電站500 kV變壓器乙炔產(chǎn)生的原因

徐 基 航

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304)

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瀑布溝電站500 kV變壓器乙炔產(chǎn)生的原因

徐 基 航

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304)

乙炔是變壓器放電的故障氣體，運行變壓器中一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須高度重視，積極跟蹤，注意乙炔含量趨勢，關(guān)注相對產(chǎn)氣速率、絕對產(chǎn)氣速率與乙炔含量注意值，綜合設(shè)備運行、檢修、維護及實驗數(shù)據(jù)進行判斷，才能準確找出出現(xiàn)乙炔原因。變壓器運行穩(wěn)定可靠，需要在運行過程中控制好油溫；檢修濾油時，重視注油，抽真空工藝；日常維護時，確保油管路密封性良好，只有日常基礎(chǔ)工作扎實可靠，才能保證變壓器運行在良好工況。

瀑布溝；變壓器油；乙炔；放電

0 引 言

變壓器在正常運行情況下油中很少出現(xiàn)乙炔，一般認為乙炔是油在800 ℃～1 200 ℃或是電弧放電作用下絕緣油裂解產(chǎn)生的。但有時變壓器內(nèi)部不存在故障，由于某些原因變壓器油中也會出現(xiàn)乙炔，在特殊環(huán)境下變壓器油中乙炔含量往往維持在較低的水平，在一個區(qū)間內(nèi)波動。乙炔是變壓器故障判斷的特征氣體，但不能僅靠設(shè)備出現(xiàn)乙炔就認為設(shè)備存在故障，應(yīng)結(jié)合主變壓器運行、試驗及色譜數(shù)據(jù)進行綜合分析，才能正確判斷設(shè)備誒運行狀態(tài)。

1 瀑布溝變壓器的檢測

瀑布溝采用三相組合式變壓器，共用一套冷卻系統(tǒng)、一套儲油柜及管路系統(tǒng)，正常運行時經(jīng)冷卻器冷卻后的變壓器油經(jīng)油管路回到變壓器中，變壓器油再進行三相循環(huán)。2014年11月3號主變檢修作業(yè)時，對變壓器油濾油進行脫氣處理，修后油的色譜數(shù)據(jù)正常，無乙炔出現(xiàn)。運行一年后，于2015年11月對變壓器油進行正常維護化驗，色譜數(shù)據(jù)仍然正常，無乙炔出現(xiàn)，數(shù)據(jù)如表1。12月，再次對變壓器油進行正常維護化驗，發(fā)現(xiàn)變壓器油中出現(xiàn)少量乙炔，依據(jù)《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》，500 kV變壓器油中乙炔含量不得超過1 μL/L。之后，多次跟蹤測試，乙炔含量較低，且比較穩(wěn)定，含量最大值如表2。2016年1月主變計劃檢修，對主變?yōu)V油進行脫氣后，色譜數(shù)據(jù)正常，跟蹤兩次測量，均無乙炔出現(xiàn)，最后一次數(shù)據(jù)如表3。

表1 3號主變壓器三相出現(xiàn)乙炔之前色譜數(shù)據(jù)

表2 3號主變壓器三相出現(xiàn)乙炔之后色譜數(shù)據(jù)

表3 3號主變壓器三相檢修濾油之后色譜數(shù)據(jù)

2 故障判別

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，電或熱故障可以使某些C-H鍵和C-C鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳氫化合物的自由基，這些氫原子或自由基通過復雜的化學反應(yīng)迅速化合，形成H2和低分子烴類氣體，如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等，也可能生成碳的固體顆粒及碳氫聚合物(X-蠟)。故障初期，所形成的氣體溶解于油中；當故障能量較大時，也可能聚集成自由氣體。乙炔的生成一般在800 ℃～1 200 ℃的溫度，而且當溫度降低時，反應(yīng)迅速被抑制，作為重新化合的穩(wěn)定產(chǎn)物而積淀。因此，大量乙炔是在電弧的弧道中產(chǎn)生的。當然在較低的溫度下(低于800 ℃)也會有少量的乙炔生成。

2.1 相對產(chǎn)氣速率

相對產(chǎn)氣速率，即每運行月(或折算到月)某種氣體含量增加原有值的百分數(shù)的平均值，按下式計算：

式中：γr為相對產(chǎn)氣速率，%/月；Ci,2為第二次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L;Ci，1為第一次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L;Δt為二次取樣時間間隔中的實際運行時間，月。

《DLT596-1996電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》規(guī)定，相對產(chǎn)氣速率大于10%/月則認為設(shè)備有異常。

2.2 絕對產(chǎn)氣速率

絕對產(chǎn)氣速率，即每運行日產(chǎn)生某種氣體的平均值，按下式計算：

式中：γa為絕對產(chǎn)氣速率，mL/d；Ci，2為第二次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L；Ci，1為第一次取樣測得油中某氣體濃度，μL/L；Δt為二次取樣時間間隔中的實際運行時間，d；m為設(shè)備總油量，t；ρ為油的密度，t/m3。

《DLT596-1996電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》規(guī)定，烴類氣體總和的產(chǎn)氣速率大于0.5 mL/h，則認為設(shè)備有異常。

2.3 故障判別步驟

變壓器短期內(nèi)各種氣體含量迅速增加，但未超過注意值，可以判斷出內(nèi)部有異常情況；有的設(shè)備因某種原因使氣體含量基礎(chǔ)值較高，超過電力規(guī)范要求的注意值，但長期穩(wěn)定，認可認為設(shè)備是正常的。將表2監(jiān)測數(shù)據(jù)與變壓器油中溶解乙炔注意值1 μL/L比較，發(fā)現(xiàn)3號主變?nèi)嗑∮谧⒁庵担煌瑫r計算3號主變乙炔相對產(chǎn)氣速率與絕對產(chǎn)氣速率，均小于規(guī)范值，滿足要求，所以排除了3號主變壓器內(nèi)部有故障的可能性。

3 原因分析

運行變壓器在內(nèi)部無故障情況下產(chǎn)生乙炔的原因有以下幾種可能：

(1)強迫油循環(huán)冷卻器變壓器油因流速過快，發(fā)生油流靜電放電；

(2)潛油泵故障引起油高溫過熱分解；

(3)變壓器器身及冷卻器油管路上進行過焊接作業(yè)，高溫使油發(fā)生分解；

(4)有載調(diào)壓開關(guān)滅弧室含乙炔含量高的油向本體油箱滲漏；

(5)油與絕緣物中有空氣泡；

(6)油中含有微量懸浮微粒。

瀑布溝主變采用三相強迫油循壞水冷方式，冷卻器轉(zhuǎn)速1 450 r/min，廠家合理設(shè)置繞組上下底板上的油口及其形狀和繞組中導流板的位置、數(shù)量，控制油流速不大于0.3 m/s,避免了油流帶電，所以排除原因(1)；查閱變壓器1年內(nèi)檢修、維護記錄，潛油泵未發(fā)生過故障，同時沒有進行過主變器身及冷卻器油管路上進行過焊接作業(yè)，所以排除原因(2)、(3)；瀑布溝變壓器繞組調(diào)整方式為無載調(diào)壓，變壓器從2009年安裝投運至今，沒有操作過無載調(diào)節(jié)開關(guān)，所以排除原因(4)；查看檢修記錄，在14年11月檢修年度曾對主變?yōu)V油脫氣，2015年12月檢測到主變內(nèi)含有微量乙炔，期間主變總烴含量30 μL/L左右波動，含氣量低于國標要求的≤3%，所以排除了油中含氣量過高，析出氣泡，電解放電的可能性，排除原因(5)；2015年12月發(fā)現(xiàn)主變含有微量乙炔之前，變壓器經(jīng)過了汛期大發(fā)電時期，期間主變運行負荷較高，由于變壓器在制造時，絕緣材料可能存在部分差異，長期高溫的變壓器油會使絕緣材料發(fā)生裂解，產(chǎn)生一些懸浮微粒，存在局部微放電的可能性，因此認為原因(6)可能性最大。

絕緣材料氧化裂解產(chǎn)生的微粒，當受電場力的作用向高場強區(qū)運動時，其過程中能傳導及感應(yīng)一定量的電荷，此時微粒表面的場強大于外施場強，發(fā)生局部微放電，產(chǎn)生微量乙炔。在高電場磁場的作用下的微粒聚到一定量時會發(fā)生局部微放電，而這些微粒能量相對較低，無法形成持續(xù)性放電，只能發(fā)生局部間歇性放電。放電后的微粒隨變壓器油進行循環(huán)，有些微粒在油流相對緩慢的管路或器身底部沉積下來，所以只發(fā)生了一次微放電，經(jīng)多次油色譜分析數(shù)據(jù)也可以看出，變壓器油中三相乙炔含量都在0.1 μL/L左右波動，說明變壓器內(nèi)部沒有再次發(fā)生放電，變壓器內(nèi)部無故障，印證了變壓器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)微量乙炔是由于微粒微放電的結(jié)論。

4 結(jié) 語

乙炔是變壓器放電的故障氣體，運行變壓器中一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須高度重視，積極跟蹤，注意乙炔含量趨勢，關(guān)注相對產(chǎn)氣速率、絕對產(chǎn)氣速率與乙炔含量注意值，綜合設(shè)備運行、檢修、維護及實驗數(shù)據(jù)進行判斷，才能準確找出出現(xiàn)乙炔原因。變壓器運行穩(wěn)定可靠，需要在運行過程中控制好油溫；檢修濾油時，重視注油，抽真空工藝；日常維護時，確保油管路密封性良好，只有日常基礎(chǔ)工作扎實可靠，才能保證變壓器運行在良好工況。

[1] 操敦奎.變壓器油色譜分析與故障判斷[M].北京：中國電力出版社，2010：83-87.

[2] 中華人民共和國電力工業(yè)部.電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程[Z].1996-09-25.

[3] 應(yīng)高亮,徐康健.非故障變壓器油中出現(xiàn)乙炔原因[J].電工技術(shù)，2011.

[4] 國家能源局.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[Z].2014-10-14.

徐基航(1989-) ，男，四川簡陽人，電氣工程及其自動化學士學位，現(xiàn)從事水電站運行維護檢修工作.

(責任編輯：卓政昌)

2016-10-25

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