瀑布溝電站500 kV變壓器乙炔產生的原因

徐 基 航

(國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304)

?

瀑布溝電站500 kV變壓器乙炔產生的原因

徐 基 航

(國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304)

乙炔是變壓器放電的故障氣體，運行變壓器中一經發現，必須高度重視，積極跟蹤，注意乙炔含量趨勢，關注相對產氣速率、絕對產氣速率與乙炔含量注意值，綜合設備運行、檢修、維護及實驗數據進行判斷，才能準確找出出現乙炔原因。變壓器運行穩定可靠，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生的。但有時變壓器內部不存在故障，由于某些原因變壓器油中也會出現乙炔，在特殊環境下變壓器油中乙炔含量往往維持在較低的水平，在一個區間內波動。乙炔是變壓器故障判斷的特征氣體，但不能僅靠設備出現乙炔就認為設備存在故障，應結合主變壓器運行、試驗及色譜數據進行綜合分析，才能正確判斷設備誒運行狀態。

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、一套儲油柜及管路系統，正常運行時經冷卻器冷卻后的變壓器油經油管路回到變壓器中，變壓器油再進行三相循環。2014年11月3號主變檢修作業時，對變壓器油濾油進行脫氣處理，修后油的色譜數據正常，無乙炔出現。運行一年后，于2015年11月對變壓器油進行正常維護化驗，色譜數據仍然正常，無乙炔出現，數據如表1。12月，再次對變壓器油進行正常維護化驗，發現變壓器油中出現少量乙炔，依據《電力設備預防性試驗規程》，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，且比較穩定，含量最大值如表2。2016年1月主變計劃檢修，對主變濾油進行脫氣后，色譜數據正常，跟蹤兩次測量，均無乙炔出現，最后一次數據如表3。

表1 3號主變壓器三相出現乙炔之前色譜數據

表2 3號主變壓器三相出現乙炔之后色譜數據

表3 3號主變壓器三相檢修濾油之后色譜數據

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，反應迅速被抑制，作為重新化合的穩定產物而積淀。因此，大量乙炔是在電弧的弧道中產生的。當然在較低的溫度下(低于800 ℃)也會有少量的乙炔生成。

2.1 相對產氣速率

相對產氣速率，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的平均值，按下式計算：

式中：γr為相對產氣速率，%/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電力設備預防性試驗規程》規定，相對產氣速率大于10%/月則認為設備有異常。

2.2 絕對產氣速率

絕對產氣速率，即每運行日產生某種氣體的平均值，按下式計算：

式中：γa為絕對產氣速率，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為設備總油量，t；ρ為油的密度，t/m3。

《DLT596-1996電力設備預防性試驗規程》規定，烴類氣體總和的產氣速率大于0.5 mL/h，則認為設備有異常。

2.3 故障判別步驟

變壓器短期內各種氣體含量迅速增加，但未超過注意值，可以判斷出內部有異常情況；有的設備因某種原因使氣體含量基礎值較高，超過電力規范要求的注意值，但長期穩定，認可認為設備是正常的。將表2監測數據與變壓器油中溶解乙炔注意值1 μL/L比較，發現3號主變三相均小于注意值；同時計算3號主變乙炔相對產氣速率與絕對產氣速率，均小于規范值，滿足要求，所以排除了3號主變壓器內部有故障的可能性。

3 原因分析

運行變壓器在內部無故障情況下產生乙炔的原因有以下幾種可能：

(1)強迫油循環冷卻器變壓器油因流速過快，發生油流靜電放電；

(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，高溫使油發生分解；

(4)有載調壓開關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，冷卻器轉速1 450 r/min，廠家合理設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年內檢修、維護記錄，潛油泵未發生過故障，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，所以排除原因(2)、(3)；瀑布溝變壓器繞組調整方式為無載調壓，變壓器從2009年安裝投運至今，沒有操作過無載調節開關，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濾油脫氣，2015年12月檢測到主變內含有微量乙炔，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月發現主變含有微量乙炔之前，變壓器經過了汛期大發電時期，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生裂解，產生一些懸浮微粒，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生的微粒，當受電場力的作用向高場強區運動時，其過程中能傳導及感應一定量的電荷，此時微粒表面的場強大于外施場強，發生局部微放電，產生微量乙炔。在高電場磁場的作用下的微粒聚到一定量時會發生局部微放電，而這些微粒能量相對較低，無法形成持續性放電，只能發生局部間歇性放電。放電后的微粒隨變壓器油進行循環，有些微粒在油流相對緩慢的管路或器身底部沉積下來，所以只發生了一次微放電，經多次油色譜分析數據也可以看出，變壓器油中三相乙炔含量都在0.1 μL/L左右波動，說明變壓器內部沒有再次發生放電，變壓器內部無故障，印證了變壓器內部發現微量乙炔是由于微粒微放電的結論。

4 結 語

乙炔是變壓器放電的故障氣體，運行變壓器中一經發現，必須高度重視，積極跟蹤，注意乙炔含量趨勢，關注相對產氣速率、絕對產氣速率與乙炔含量注意值，綜合設備運行、檢修、維護及實驗數據進行判斷，才能準確找出出現乙炔原因。變壓器運行穩定可靠，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部.電力設備預防性試驗規程[Z].1996-09-25.

[3] 應高亮,徐康健.非故障變壓器油中出現乙炔原因[J].電工技術，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，現從事水電站運行維護檢修工作.

(責任編輯：卓政昌)

2016-10-25

[TM622]；TM411+.2； TG435+.3

A

1001-2184(2016)06-0124-02