一起750kV主變C相絕緣油色譜異常原因分析

董杰

（國網青海省電力公司檢修公司，青海西寧 810003）

0.引言

電力變壓器是電力系統的核心變電設備，其制造工藝復雜、造價高昂，若發生變壓器損壞事故，造成的經濟損失無法估量。變壓器由鐵芯、繞組、絕緣材料、分接開關、套管等組成，結構十分復雜，常規的帶電檢測和例行試驗較難發現潛伏性故障。變壓器內部發生潛伏性故障時，通常會造成絕緣件或變壓器油分解，產生的氣體溶解于變壓器本體絕緣油中，絕緣油色譜試驗可對變壓器潛伏性故障進行早期的診斷分析。

1.變壓器產氣基理

1.1 絕緣油分解

絕緣油是由烷烴、環烷烴或芳香烴組成的混合物。在放電或發熱故障的作用下使C-C鍵或C-H鍵斷裂，產生的氫原子或自由基通過復雜的化學反應重新結合，形成氫氣和烴類氣體，如乙炔、乙烯、乙烷、甲烷等氣體。鍵能反應化學鍵原子間結合的強度，鍵能越高，分子越穩定。具有不同化學鍵結構的碳氫化合物在高溫下的穩定性也不同，所產生烴類氣體的不飽和度隨溫度的增加而增加，裂解氣體隨溫度升高出現的次序為烷烴→烯烴→炔烴[1]。

1.2 固體絕緣材料分解

變壓器固體絕緣材料包括絕緣紙、絕緣壓層板以及木塊等，其化學組成的主要成分為纖維素等，熱穩定性比變壓器油中的化學鍵要弱，分解生成大量的一氧化碳和二氧化碳及少量烴類和呋喃化合物，同時被變壓器油氧化。一氧化碳和二氧化碳的形成不僅隨溫度而且隨變壓器油中氧的含量和絕緣紙的濕度的增加而增加。

2.變壓器潛伏性故障判斷

絕緣油油中溶解氣體可以有效反應設備內部潛伏性的電和熱故障。判斷變壓器故障的方法主要有氣體濃度判斷法、產氣速率判斷法、特征氣體法、三比值法、圖示法等。變壓器運行工況復雜，故障判斷往往需要綜合以上方法同時結合電氣試驗數據進行綜合判斷分析。現使用上述方法分析某750kV變電站#2主變C相絕緣油色譜異常原因分析。

某750kV變電站#2主變C相于2020年4月23日進行例行絕緣油色譜試驗時，發現乙炔含量為0.16μl/L，總烴含量為58.73μl/L，檢測數據如表1所示。后續持續跟蹤數據變化，2021年4月8日乙炔含量數據達到0.09μl/L，總烴含量數據達到218.51μl/L，總烴含量發展趨勢如圖1所示。現對此情況進行詳細分析與判斷。

表1 某750kV變電站#2主變C相離線檢測數據

圖1 某750kV變電站#2主變C相總烴含量趨勢圖

2.1 氣體濃度判斷

依據《Q/GDW 1168-2013輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定：總烴≤150μl/L（注意值），2021年7月8日起本體油色譜總烴含量超過注意值[2]。

2.2 總烴含量趨勢分析

某750kV變電站#2主變C相總烴含量趨勢圖中觀察總烴歷史數據變化，發現從2020年4月23日至2021年9月23日，總烴含量呈現明顯增長趨勢，如圖1所示。

2.3 產氣速率計算

2.3.1 絕對產氣速率

式中：

C2—2021年9月28日取樣測得油中總烴濃度，μl/L;

C1—2021年8月17日取樣測得油中總烴濃度，μl/L。

密封式變壓器總烴絕對產氣速率的注意值不大于12ml/d，超過注意值。

2.3.2 相對產氣速率

式中：

C2—2021年9月28日取樣測得油中總烴濃度，μl/L;

C1—2021年8月17日取樣測得油中總烴濃度，μl/L。

變壓器總烴相對產氣速率的注意值為不大于10%，超過注意值，相對產氣速率與絕對產氣速率結論一致，可見氣體上升速度很快，設備內部存在異常，需縮短檢測周期。

2.4 故障類型的判斷

（1）特征氣體法分析[3]。

對2021年9月28日取樣的分析結果進行特征氣體分析，如表2所示：乙烯和甲烷是主要特征氣體，乙烷和氫氣是次要特征氣體，當故障涉及固體絕緣時，會引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長，說明該設備中存在油過熱異常未涉及固體絕緣。

表2[3] 不同故障類型產生的氣體

（2）三比值法分析（以2021年9月28日的油色譜數據計算）

三比值編碼為022，故障（異常）類型為高溫過熱（高于700℃）。

（3）立體圖示法分析（以2021年9月28日的油色譜數據計算）

該點位于T3區域內，故障（異常）類型為熱故障，t＞700℃，如圖2所示。

圖2 立體圖示法

綜合三比值法、立體圖示法、特征氣體法分析，初步判斷故障（異常）類型為變壓器油過熱（高于700℃）。

2.5 熱點溫度估算

變壓器油裂解的產物與溫度有關，溫度不同產生的特征氣體亦不同。反之，如已知故障情況下油中產生的各種特征氣體的濃度可以估算出故障源的溫度。對于絕緣油過熱，且當熱點溫度大于400℃，可根據經驗公式來估算，即

其估算熱點溫度與三比值法分析結論一致。

2.6 故障部位的判斷

（1）CH4/H2比值有助于判斷高溫過熱故障是涉及導磁回路還是導電回路。大量數據表明，如果高溫故障涉及導電回路，如引線接觸不良、導線接頭位置焊接不良或者斷股以及多股繞組中股間短路等，所產生的甲烷氣體含量比涉及導磁回路的含量要多，也就是CH4/H2的比值要大（一般大于3），如果高溫過熱故障只涉及導磁回路，此比值一般接近于1。值得注意的是，變壓器潛油泵磨損引起的變壓器油過熱所產生的氣體與導磁回路過熱時產生的特征氣體非常相似。該設備比值為1.8，接近于1，初步判斷為潛油泵磨損或導磁回路引起的發熱故障。

（2）當故障在導電回路時，往往有乙炔生成，且含量較高，C2H4/C2H6的比值也較高，乙烯的產氣速率往往大于甲烷的產氣速率。磁路故障一般不產生C2H2，即使產生C2H2，其濃度一般也在4μl/L以下，占總烴含量的0.5%～1%，而且C2H4/C2H6的值也較小，絕大多數情況下該比值在6以下。該設備符合磁路過熱的特征。

2.7 綜合電氣試驗數據分析判斷

高頻局放檢測、鐵心接地電流檢測、紅外成像檢測等帶電檢測項目均未發現異常。

3.處理建議

（1）根據數據分析，初步判斷設備可能存在導磁回路或潛油泵磨損引起的熱故障，建議結合繞組直流電阻測試、鐵芯絕緣電阻測試、空載損耗和空載電流檢測或長時空載試驗、改變負荷試驗（或用短路法）試驗、油泵及冷卻器檢查試驗、油箱表面溫度分布和套管頂部陰線接頭溫度等來進行綜合判斷。

（2）建議縮短離線取樣分析周期并查看油在線數據，發現總烴劇增時離線取樣分析，防止設備故障。

4.結語

某750kV變電站#2主變C相絕緣油色譜實驗數據異常，通過對異常原因進行綜合分析判斷，給出了多種合理的處理措施，保障了設備的安全穩定運行。同時對類似的色譜異常處理具有一定的借鑒意義。