110kV變壓器油色譜異常和故障的分析

吳偉

摘要：油色譜是反映變壓器運轉情況的晴雨表，通過對油色譜數值的具體分析，可以判斷110kV的變壓器是否存在故障問題。變壓器的故障主要分為過熱性故障、放電性故障以及受潮性故障三類。本文在了解油色譜操作條件和基本結構的基礎上，通過繞組變形與直流電壓的測試，采用三比值等測試方法，簡要分析了其常見的異常和故障，并提出了與之適應的解決對策。

關鍵詞：變壓器;油色譜;故障

無勵磁分接開關是變壓器內部的重要元件，其構造簡單、操作方便，在測試和檢修環節往往得不到技術人員的重視。變壓器是由油和紙構造而成絕緣物，氣體里的隱形問題是由油或紙受熱分解造成的。材料熱解釋放的氣體與材料自身化學結構存在密切的關聯。變壓器絕緣油的化學成分為石油烴類，絕緣紙的化學成分則為纖維素。化學結構的不同主要是由化學鍵的不同造成的，化學鍵能高，代表著化學分子結構更加穩定。絕緣油受熱分解氣體的規律和原理為溫度升高會使得分子密度增加，釋放出大量的不飽和烴類氣體。熱解能量的溫度增加的過程就是：烷烴、烯烴、炔烴、焦炭。不同的故障在釋放的氣體能量方面表現不同，可以根據釋放的氣體判斷出故障的類型。局部放電會釋放氫氣;絕緣溫度過熱會釋放甲烷和乙烯，隨著溫度上升到一定高度會產生乙炔;高能量放電即電弧放電會釋放出大量的乙炔和氫氣。研究110kV變壓器的油色譜，找出產生異常和故障的原因，有助于判斷電氣設備的運轉情況。

1 過熱性故障

1.1 裸金屬過熱

裸金屬過熱指變壓器自身攜帶的熱量造成絕緣油分解。分接開關焊接不緊密會造成接觸不良，從而引起鐵芯多點接地或區域短路等一系列故障。油色譜氣體的重要特性為，烴類氣體增長，超過80%的總烴類。溫度是產生氣體的重要條件，甲烷含量隨溫度的降低而升高，而乙烯含量隨著溫度的升高而升高。往后，氫氣以一定的速度增加，但低于烴類氣體的增長水平。當故障點溫度達到一定高度，會釋放出乙炔，但其含量低于6%。

1.2 固體絕緣過熱

變壓器內部固體絕緣溫度達到一定的數值，會刺激低分子烴類氣體的生成，一段時間后會釋放出一氧化碳和二氧化碳。

1.3 低溫度過熱

變壓器使用壽命過長或處于負荷狀態，使得固體絕緣大范圍內出現低溫度過熱的現象，變壓器的油色譜難以分解，會釋放出一氧化碳。與此同時，根據固體絕緣的特性，由于處于低溫狀態，絕緣紙碳化速度加快，會產生二氧化碳。

2 放電性故障

2.1 高能量放電

高能量放電又稱電弧放電，指變壓器線圈層間絕緣擊穿，電壓溫度急劇升高產生電弧，以及電容屏擊穿產生電弧，出現閃絡和放電現象。在這種情況下，氣體的運動速度快，體量大。高能量放電會產生氫氣（總烴20%～70%）與乙炔，隨后釋放出乙烯和甲烷。由于故障釋放的能量較高，總烴類占比大，固體絕緣會產生大量的一氧化碳。

2.2 低能量放電

低能量放電又稱火花放電，屬于一類間歇重復性的放電現象。變壓器核心元件里的芯板接地不良會產生懸浮式放電。芯板接觸不良造成的放電現象產生較低的能量，主要釋放乙炔和氫氣，一段時間后釋放乙烯與甲烷。在這種情況下，總烴類氣體占比較低。

2.3 局部放電

帶電體經常發生在懸浮帶電體空間或者油浸紙絕緣氣體懸浮帶電體空間。根據放電氣體的特性，會先后釋放氫氣和甲烷氣體。局部放電的能量體量大、密度較高，也會產生少量乙炔，但其含量在2%以下。

3 受潮性故障

受潮性故障是110kV變壓器的主要故障之一，主要指變壓器設備內部受到潮濕，排除氣隙絕緣中的水份與固體油產生反應的情況，受潮性故障往往釋放氫氣。水與鐵會產生化學反應，即電解電場水，并釋放大量的氫氣。受潮性故障的結論為，氫氣含量偏高可能反映出變壓器受到潮濕。

3.1 油色譜異常數據

某變電站于2016新投入使用一臺110kV變壓器。由于風暴等惡劣天氣的影響，變壓器分接開關出現故障，絕緣油色譜的數據超出正常范圍內，與往日數據偏差過大。技術檢查人員發現，一塊鋁金屬被風吹落在變壓器設備上。側C相導線由鋁金屬對內部氣體取樣出現銅管放電現象。因此，變壓器分接開關自動跳閘，啟動安全保護措施。全面測試得出結論，C波段的高電壓繞組出現位置偏移和形態變異的故障，其他波段的高電壓顯示正常值。

3.2 色譜異常數據分析

在鋁金屬事件前，油色譜數值正常，代表變壓器設備不存在故障。隨后，被風吹落的鋁金屬觸發了變壓器的自動跳閘開關，此時油色譜數值超出正常范圍內。根據三比值法，可以得出該故障為高能量放電（電弧放電）。線圈層間的閃絡或短路往往造成箱體等設備元件接地放電。該事件后，變電站技術人員采取了保護預防措施，增加檢驗油色譜的頻數，定期檢查油色譜數據，直至數據恢復正常。對變壓器油色譜進行長達半年的跟蹤檢測，觀察主變壓器繞組的形態。進行紅外線測試，在最大負荷的條件下觀察變壓器油色譜的曲線是否正常。在一段時間的跟蹤檢測后，沒有出現異常和故障，因此取消跟蹤檢測，同時保持對變壓器的必要維護。

4 結語

三比值法是檢查變壓器油色譜故障常用的方法，采用三比值法可以保證數據的精確性，提高分析和判斷故障的可靠性。三比值法屬于微量分析方法，從微觀角度分析數據的異常情況。根據絕緣材料的化學結構和特性，綜合分析產生烴類氣體的速率，并根據一氧化碳與二氧化碳含量的比例推斷固體絕緣材料的類型，準確判斷出變壓器內部是否存在故障。在短時期內，電弧放電現象釋放的氣體是主變壓器總烴類氣體的主要組成成分，則不需要進行繼續跟蹤和檢測分析。停工檢查故障是一種較為安全的檢查方法。色譜分析方法的適用性強，根據油色譜具體數據的情況，可以有效判斷是否存在隱性故障并分析產生故障的原因。在不同的發展階段，技術人員應該采用不同的分析方法，以適應故障或問題的實際情況。變壓器的運行維護必須得到相關工作人員的高度重視，采取措施保證變壓器的安全穩定運行。定期派遣專業技術人員前往現場檢查變壓器設備，分析變壓器油色譜數據，積極預防故障的發生。

參考文獻：

[1]譚志龍，等.電力用油（氣）技術問答[M].北京：中國電力出版社，2006.