變壓器油中溶解氣體超標的原因和分析研究

張凱

[摘要]本文通過對浙能長興電廠18臺變壓器油的多年色譜分析數據統計及引用3A高壓廠變乙炔從無到有的實際案列分析。經過筆者理論結合實踐，論文主要闡述了變壓器油中溶解氣體（乙炔）超標的原因，故障實例及故障分析方法和處理措施，我們通過采集變壓器箱體內的少量油樣，可以分析出油中氣體的組分及其含量，來判斷變壓器是否存在故障、故障性質以及故障的大致部位。

[關鍵詞]故障實例 ??故障分析 ??原因 ??故障診斷 ??處理措施

前言

變壓器是電廠重要的變壓設備，也是變電站的重要設備。變壓器的運行狀況直接影響電能的正常輸送。變壓器油氣相色譜試驗是通過對油中溶解氣體的分析來檢測充油電氣設備存在潛伏性故障的一個重要方法，是監督、保障設備安全運行的一個重要手段，通過對特征氣體的分析及三比值法，能及時掌握變壓器運行情況，及早發現設備故障、故障性質及故障發展變化的情況，查出問題，消除缺陷，保證變壓器安全穩定運行。本文主要介紹了浙能長興發電有限公司3A高壓廠變，色譜分析發現廠變乙炔從無到有，再到超標，增大的發展趨勢，判斷存在的故障過程，故障性質診斷方法，查出的問題及處理措施。

1故障實例

浙能長電3A高壓廠變，型號為S-25000/20，生產廠家為常州東芝變壓器有限公司，此臺變壓器自投運開始，各組分含量均為正常。 2017年8月16日3A高壓廠變取樣分析時發現，C2H2含量為6.01μL/L、總烴含量為28.36μL/L，乙炔開始超標，且上升幅度和速率均增大，但是總烴波動不大，動態穩定。

2故障分析方法

2.1三比值法原理

根據充油電氣設備內油、絕緣在故障下裂解產生氣體組分含量的相對濃度與溫度的相互依賴關系，從五種特征氣體中選用二種溶解度和擴散系數相近的氣體組分組成三結比值，以不同的編碼表示;根據表2的編碼規則作為診斷故障性質的依據。這種方法消除了油的體積效應影響，是判斷充油電氣設備故障類型的主要方法。

2.2三比值法的應用原則

a）只有根據氣體各組分含量的注意值或氣體增長率的注意值有理由判斷設備可能存在故障時，氣體比值才是有效的，并應予計算。對氣體含量正常，且無增長趨勢的設備，比值沒有意義。

b）假如氣體的比值與以前的不同，可能有新的故障重疊在老故障和正常老化上。為了得到僅僅相應于新故障的氣體比值，要從最后一次的分析結果中減去上一次的分析數據，并重新計算比值（尤其是在CO和CO2含量較大的情況下）。在進行比較時，要注意在相同的負荷和溫度等情況下和在相同的位置取樣。

c）?由于溶解其他分析本身存在的誤差試驗，導致氣體比值也存在某些不確定性。利用氣相色譜法分析油中溶解氣體結果的重復性和再現性。對氣體濃度大于10μL/L的氣體，兩次的測試誤差不應大于平均值的10%，而在計算氣體比值時，誤差提高到20%。當氣體濃度低于10μL/L時，誤差會更大，使比值的精確度迅速降低。因此在使用比值法判斷設備故障性質時，應注意各種可能降低精確度的因素。

3乙炔超標原因分析

3.1利用三比值法對3A高壓廠變乙炔超標數據進行分析計算并故障判斷，表3如下：

3.2乙炔超標原因分析與判斷

通過分析表1浙能長電3A高壓廠變色譜分析異常數據。2017年8月16日開始超標，6.01μL/L，其中2017年9月28日，7.36μL/L是歷史數據中最大的一次。通過分析表3數據，乙炔超標三比值法故障性質判斷結果看出有低能放電兼過熱，電弧放電，電弧放電兼過熱。可見放電兼過熱概率較大。

當油品遇局部高能量放電時，就會分解乙炔氣體。產品在試驗過程中，若產生耐壓不過或者局放量過大，都會產生乙炔。因此，這一氣體也是我們判別產品是否存在內部放電兼過熱（或局放大）的主要依據。主要原因是變壓器長期過負荷鐵芯過熱或裸金屬體過熱而使臨近的固體絕緣材料局部過熱，根據變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則DL/T722—2014，故障性質為放電過熱。當鐵芯疊片間絕緣層極薄，其絕緣電阻僅為幾歐姆，但它足以防止鐵芯內部產生渦流。若片間絕緣局部破壞，將引起局部渦流增大，導致局部過熱。同時由于該絕緣電阻很小，只要有一碟片接地，就足以使整個鐵芯都處于接地狀態，造成多點接地。這種故障的位置很可能是變壓器內部存在局部短路、層間絕緣不良或鐵芯多點接地現象并伴有固體絕緣材料老化。

4乙炔超標的處理措施與經驗

當油品遇局部高能量放電時，就會分解乙炔氣體。產品在試驗過程中，若產生耐壓不過或者局放量過大，都會產生乙炔。因此，這一氣體也是我們判別產品是否存在內部放電（或局放大）的主要依據。鑒于此，在新進變壓器油中，這一成分要為零。否則將被視為不合格品而退貨處理。產品油中含有乙炔，一般存在一個逐步擴散的過程。若是線圈內部產生，這一過程也許可能2～3天才能達到平衡。此外，油箱內部還有存在死角，那里的油在濾油過程中，流動較少，相對其它氣體濾油，乙炔含量要濾至零要困難得多。

通過比對浙能長電3A高壓廠變色譜分析濾油后數據，可以確定濾油是降低變壓器油中溶解氣體的有效方法途徑。濾油之后，停機靜放12小時，讓油滲透平衡，再測試，若還有乙炔殘量，繼續濾。反復進行，直至氣體含量趨于合理，最好向新油指標看齊。

5結束語

通過這次浙能長電3A高壓廠變色譜分析變壓器故障情況的排除與處理，使我們更進一步認識到加強絕緣監督和設備運行監督的重要性，變壓器油色譜跟蹤分析對于發現變壓器早期故障是非常有效的方法。同時也為今后遇到類似的變壓器缺陷的解決和故障判斷，積累了非常寶貴的經驗。經過分析油中溶解氣體的組份和含量是監視充油電氣設備安全運行的最有效的措施之一。總之，利用氣相色譜分析方法與故障診斷進行分析能提前預測設備的內部故障，可以防止設備損壞和由于設備損壞而導致停電事故發生，甚至防止變壓器損壞爆炸的風險，有效避免了設備故障造成發電機組停機的風險。這些對于保障變壓器設備和電網的安全運行起到積極作用。

參考文獻：

1、《DL/T722-2014，變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，中國電力出版社。

2、《變壓器油及相關故障診斷處理技術》，中國電力出版社。

3、《變壓器油中溶解氣體的色譜分析實用技術》，中國質檢出版社（中國標準出版社）。

4、《電力用油、氣標準匯編》第三版，中國標準出版社。