一起110 kV變壓器油中乙炔異常增大的分析與處理

楊嘉晨，湯向華，許周寧，趙 新

（國網海門市供電公司，江蘇 海門226100）

乙炔是在高溫（800～1200℃）油發生熱解的反應產物，正常運行情況下變壓器油中很少會出現乙炔。因此，乙炔成為變壓器是否發生放電故障的重要依據，電力部門對乙炔含量的重視程度非常高。本文介紹了一臺主變乙炔含量異常增大的原因分析及診斷的案例，為今后出現類似現象提供一些參考。

1 設備簡介和異常情況

該臺主變型號SZ10-63000/110，2008年10月31日出廠，2009年12月投運。

2020年3月10日在對一臺110 kV主變進行半年油例行分析時，發現油中含有乙炔氣體，含量為3.55μL/L，3月24日再次進行色譜化驗，乙炔含量增至4.26μL/L。查閱2018年該臺主變3、9月油色譜分析數據乙炔含量均為0。雖未超標準值，但此次乙炔的突然異常增大引起了重視。具體油色譜跟蹤數據，如表1所示。

表1 油色譜跟蹤數據 μL/L

2 原因分析

2.1 診斷依據

根據變壓器油中溶解氣體測定結果進行的故障診斷，主要基于以下依據實現[1]：

變壓器運行時，內部絕緣油和有機固體絕緣材料，在電場、熱、氧等作用下，逐漸老化和分解，產生一些非氣態的劣化產物、氫、各種低分子烴類氣體及一氧化碳、二氧化碳等，這些氣體溶于油中，飽和后便從油中析出[2]。因此故障設備油中的特征氣體含量要高于正常設備。故油中特征氣體的累積程度，即特征氣體含量的大小是判斷設備內部是否存在故障及故障嚴重程度的一個依據。運行中220 kV及以下變壓器油中溶解氣體含量注意值如表2所示。

表2 溶解氣體含量注意值 μL/L

發生故障時特征氣體的產氣速率與正常時不一樣，該速率與故障能量大小、故障點溫度以及故障涉及的范圍有直接的關系[3]。所以發生故障時計算故障特征氣體的產氣速率對故障的判別有很大的作用。

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[4]：

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。

變壓器絕對產氣速率注意值，如表3所示。

表3 變壓器絕對產氣速率注意值 mL/d

不同的故障類型產生的特征氣體不同，具體如表4所示。

表4 不同故障類型產生的主要、次要特征氣體

故障下產氣的特征性是判斷故障類型的一個依據[5]。常用的特征氣體法和三比值法，就是根據故障下產氣的特征性總結出來用于判斷故障性質的方法。

因主變油中特征氣體未超過標準DL/T 722—2001《變壓器油中氣體判斷導則》中規定運行注意值，通過計算乙炔的絕對產氣速率遠小于0.2 mL/d的注意值，所以可以邊排查故障點邊跟蹤運行。

2.2 色譜數據分析

針對油色譜數據，分析如下：

油中特征氣體乙炔含量不高，證明變壓器內部發生電弧放電現象，但放電能量小。

故障點達150℃，便產生氫氣、甲烷氣體。油中特征氣體氫氣、甲烷、乙烯、乙烷含量不高，且增長緩慢。證明變壓器內部未發生過熱故障。

油中特征氣體CO2含量變化不大，絕對產氣速率遠小于200 mL/d的注意值。而紙絕緣裂解會生成大量的CO和CO2及少量烴類氣體[6]。證明變壓器內部只發生裸電極電弧放電現象，沒有發生紙絕緣裂解，因此基于上述分析判斷：此次主變油中乙炔含量升高可以排除線圈故障，是裸電極間斷的電弧放電、能量低、不帶有紙絕緣材料的放電。

2.3 故障甄別

結合主變和組件結構分析，哪些情況可能產生上述狀況，分析如下：

套管內部存在懸浮放電，COT550型高壓套管此前多次發生問題。可能存在導電頭與將軍帽之間接觸不良，有細小間隙，發生懸浮放電，將鋁管中的變壓器油分解產生乙炔。而套管鋁管中的變壓器油與本體的變壓器油聯通，致使本體中油檢測出乙炔。

有載分接開關在8～10擋進行切換時，處于本體油中的開關分接選擇器需要進行極性轉換，調壓線圈會有短暫的懸空，在調壓觸頭1、9上出現恢復電壓，產生拉弧現象。查閱調度記錄，該主變今年長期運行在3擋，所以排除。

有載分接開關切換油室中變壓器油向本體滲漏，致使本體中油檢測出乙炔[7]。正常進行負荷工作的開關，開關切換油室中變壓器油所含的氫氣、甲烷、乙烯不會這么少，所以排除。

鐵芯故障。鐵芯若發生多點接地故障，產生環流，會產生大量的氫氣、甲烷和少量的乙炔，并且這些特征氣體增長量是恒定的。但追蹤數據顯示，氫氣和甲烷含量不高，并未產生恒定增長量，所以排除。

低壓側多次跳閘。主變帶20000 kVA負荷，排除超負荷跳閘。那可能是低壓對稱短路和單相對地短路引起跳閘，但查閱調度記錄未發現此類情況，所以排除。

3 現場檢查

針對上述分析，套管故障的可能性較大，決定擇時停電對主變進行檢測排除故障。

3.1 有載開關檢查

主變停電后，首先對有載開關進行了檢查。

根據現場主變的實際結構情況，檢查發現該主變采用的是外油式油枕。因外油式油枕油腔內始終處于滿油位運行狀態，而有載開關油位處于半油位狀態，從現象上看有載開關油室竄油的可能性不大。

3.2 電氣診斷試驗

檢修人員使用萬用表檢測套管導電頭與將軍帽是否導通，經檢測發現四相套管均處于導通狀態。

圖1 試驗人員檢查套管是否導通

試驗人員對該臺變壓器進行電氣診斷試驗，項目有直流電阻、繞組及鐵芯絕緣電阻、吸收比、介質損耗因數tanδ，與2019年數據對比如表5、表6所示。

表5 2019年度繞組介質損耗與電容量、絕緣電阻測試數據比較

表6 2020年度繞組介質損耗與電容量、絕緣電阻測試數據比較

對比表7、表8兩次試驗數據，相差不大，此外直流電阻試驗，鐵芯和夾件絕緣電阻，鐵芯、夾件接地電流數據也相差不大且皆在合格范圍內。

表7 2019年度套管試驗數據

表8 2020年度套管試驗數據

4 跟蹤處理

綜合上述油色譜試驗和電氣試驗分析結果，推斷此次變壓器油中乙炔異常增大可能是由于瞬時放電引起，放電點小持續時間短。為此制定了以下方案跟蹤運行：

絕緣油試驗油色譜，采用針筒取樣，間隔7天取一次。

測量、記錄鐵芯、夾件接地電流與取油樣間隔同步。

經過幾輪檢測，油色譜數據平穩，考慮到故障點小，且乙炔平穩未超標，鐵芯、夾件接地電流正常，變壓器內部放電點可能已消除。對該臺變壓器采取濾油處理，濾油后油色譜數據如表9所示。

表9 濾油后油色譜跟蹤數據 μL/L

從變壓器油色譜跟蹤數據中可以看出，濾油后乙炔不再產生，證實了放電點已消除的推論。

5 結束語

變壓器油色譜分析可以較好地發現變壓器的內部故障缺陷，在發現變壓器油色譜數據異常后，應采取多種分析方法，確定故障類型，并對變壓器進行診斷性電氣試驗。為了更好地檢測變壓器運行狀況，需要對變壓器進行周期性的油化驗和電氣試驗，確保變壓器安全可靠運行。