一起500 kV變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常的分析

應(yīng)高亮

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

一起500 kV變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常的分析

應(yīng)高亮

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321017）

某500 kV變電站3號主變在投產(chǎn)試運行期間，發(fā)現(xiàn)B相變壓器油中溶解氣體的色譜試驗結(jié)果出現(xiàn)異常，經(jīng)過分析后判斷設(shè)備內(nèi)部發(fā)生過熱故障，在試運行期間及時退出運行，進(jìn)行缺陷分析和故障點的查找，最終找到了故障點，避免了變壓器故障的進(jìn)一步發(fā)展和事故的發(fā)生，為今后新設(shè)備投運后的技術(shù)監(jiān)督積累了經(jīng)驗。

主變；試運行；溶解氣體；產(chǎn)氣速率；高溫過熱

分析變壓器油中溶解氣體的組分和含量是監(jiān)視變壓器安全運行的最有效的措施之一。大量的研究及實踐經(jīng)驗表明，變壓器內(nèi)部發(fā)生放電故障或局部過熱時，變壓器油會分解出不同的特征氣體。任何一種特征氣體的產(chǎn)生速度都取決于故障熱點溫度，熱點溫度或故障類型不同，所產(chǎn)生氣體組分的比例也不同。因此，根據(jù)這些特點，通過檢測變壓器油中溶解氣體含量，就能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障。

1 故障概況

該 500 kV變電站 3號主變型號 ODFS-334000/500，于2009年7月7日開始啟動試驗，先后進(jìn)行220 kV沖擊2次、500 kV沖擊6次，帶負(fù)荷試驗之后，主變正式轉(zhuǎn)入試運行。

500 kV沖擊試驗后，首次抽取主變油樣進(jìn)行色譜分析，發(fā)現(xiàn)B相氫含量異常 （119μL/L），并有微量乙炔。初步分析認(rèn)為，氫含量異常是由于取樣前未將取樣閥內(nèi)的油全部放完造成的，這種情況以前曾多次發(fā)生，原因是某些取樣閥內(nèi)的油在催化劑作用下發(fā)生了脫氫反應(yīng)，使得閥內(nèi)油中氫含量很高，如果取樣前未將閥內(nèi)的油放干凈，就會使所取的油樣中出現(xiàn)氫含量升高。

7月12日上午，帶負(fù)荷試運行11 h后再次取樣（先放掉取樣閥內(nèi)的油），結(jié)果發(fā)現(xiàn)B相變壓器油中烴類氣體分析數(shù)據(jù)異常，而氫含量則比前次大幅下降；A、C相正常。當(dāng)晚8時20分第二次取樣，試驗結(jié)果顯示B相烴類氣體含量增長明顯。此后又進(jìn)行了幾次跟蹤試驗，試驗結(jié)果見表1。

鑒于試運行期間油色譜分析結(jié)果出現(xiàn)異常，經(jīng)研究決定，該主變于7月15日10時36分退出運行。

2 故障判斷

根據(jù)GB/T 7252－2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則規(guī)定，500 kV變壓器油中溶解氣體含量的注意值如下：H2=150μL/L，C2H2=1 μL/L，總烴=150μL/L。由于該變壓器運行時間很短，雖然油中H2、C2H2和總烴這3項指標(biāo)均未達(dá)到注意值，但僅僅根據(jù)這3項指標(biāo)的絕對值來判斷故障是不夠的[1]。所以，針對本案，應(yīng)采用產(chǎn)氣速率的分析方法，因為產(chǎn)氣速率與設(shè)備運行時間長短無關(guān)。產(chǎn)氣速率分為絕對產(chǎn)氣速率γa和相對產(chǎn)氣速率γr，計算公式分別為：

式中：Ci1，Ci2為前后兩次取樣測得的油中某氣體含量，μL/L；Δt為兩次取樣間隔時間，在式（1）中為日，式（2）中為月；G為設(shè)備總油量，t；ρ為油的密度，t/m3。

新設(shè)備特征氣體起始含量很低，從式 （2）可看出，如果Ci1過小，即使Ci2與Ci1的差值不大也會使相對產(chǎn)氣速率變得很大，而且Ci1的試驗誤差還會加大對相對產(chǎn)氣速率計算值的影響。由此可見，對于本文案例宜采用絕對產(chǎn)氣速率。

標(biāo)準(zhǔn)中對變壓器絕對產(chǎn)氣速率注意值的規(guī)定是：H2=10 mL/d，C2H2=0.2 mL/d，總烴=12 mL/ d。從表1可知，H2含量波動較大且無規(guī)律。如前所述，這是受取樣閥中存在脫氫反應(yīng)的影響，顯然在這種情況下計算H2的產(chǎn)氣速率對故障判斷沒有多大意義。

在該主變B相試運行期間，用式 (1)計算C2H2和總烴的產(chǎn)氣速率 （運行時間3.5天，油重70 t，油密度0.89 t/m3），得到C2H2的絕對產(chǎn)氣速率為15.5 mL/d，是注意值的77.5倍；總烴的絕對產(chǎn)氣速率為1 128 mL/d，是注意值的94.1倍。據(jù)此判定該設(shè)備內(nèi)部存在較嚴(yán)重故障。

該變壓器油中主要故障氣體組分為C2H4和CH4，次要組分為 H2和C2H6，而且還出現(xiàn)微量C2H2。根據(jù)改良三比值法判斷，對應(yīng)的故障類型是高溫過熱，故障點的溫度高于700℃。若用特征氣體法判斷，故障類型符合油中過熱特征，由于有C2H2的產(chǎn)生，故障點的溫度在800℃以上[1]。綜上所述，該變壓器內(nèi)部肯定存在局部過熱故障，且故障點的溫度在800℃以上。

3 返廠后的診斷性試驗

變壓器停役后，于2009年8月3日進(jìn)入油箱查找故障，發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)、中壓側(cè)下部人孔位置油箱底有蒼蠅，其中高壓側(cè)人孔位置處蒼蠅數(shù)量較多，其中1只蒼蠅與其他相比，顏色發(fā)黃且硬度較大，此外未發(fā)現(xiàn)其它異常。制造商技術(shù)人員認(rèn)為油色譜異常的原因是蒼蠅，當(dāng)蒼蠅懸浮在高電場區(qū)域時，使電場畸變發(fā)生擊穿，導(dǎo)致油中出現(xiàn)微量乙炔。但這個解釋并不充分，真正的原因還有待進(jìn)一步查找確認(rèn)。由于現(xiàn)場條件有限，B相變壓器必須返廠作進(jìn)一步檢查。

變壓器返廠后，進(jìn)行了電壓比測量及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號檢定、繞組電阻測量、絕緣電阻及介損測量、長時感應(yīng)電壓試驗等項目的檢查，結(jié)果均未見異常。在對油進(jìn)行脫氣處理后，又進(jìn)行了變壓器長期空載和負(fù)載試驗 （先空載后負(fù)載，時間均為36 h），試驗期間每隔2 h取一次油樣進(jìn)行色譜分析，部分分析數(shù)據(jù)見表2。

從表2可知，變壓器長期空載試驗時，總烴含量有增長趨勢，但在負(fù)載試驗時增長速度反而變慢，其它氣體也有類似情況。由于吸附在變壓器內(nèi)部固體材料中的氣體在油脫氣處理后會有一個向油中轉(zhuǎn)移的平衡過程，使油中的氣體組分含量出現(xiàn)增長，因此，脫氣后油中氣體含量的增長是由故障引起還是由原來的殘余氣體引起很難區(qū)別，從而很難對這次長期空載和負(fù)載試驗期間的色譜分析結(jié)果作出正確判斷。

表1 3號主變B相油色譜分析數(shù)據(jù)μL/L

表2 變壓器長期空載和負(fù)載試驗時的油色譜分析數(shù)據(jù)μL/L

4 解體檢查結(jié)果

由于變壓器返廠后的診斷性試驗也未能找出原因，決定吊出器身作進(jìn)一步檢查。2009年10月17日對鐵心、夾件、油箱磁屏蔽等部位檢查，結(jié)果未見異常。10月22日進(jìn)行分體檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高壓側(cè)主柱鐵心表面從最小級算起的第4級鐵心片，距鐵窗下鐵軛上表面約450 mm處與之接觸的一根撐棒表面有發(fā)黑痕跡，其中部分已碳化，長度約100 mm。緊鄰該撐棒碳化點還有一段（約700 mm）熏染發(fā)黑痕跡，但沒有碳化。這支撐棒上有1個直徑約2 mm的小孔，小孔內(nèi)有污染。另外鐵心接地屏最內(nèi)層紙筒與該支撐棒碳化處接觸部分有熏染發(fā)黑痕跡。檢查撐棒過熱點對應(yīng)的鐵心部分，未見毛刺或形成片間短路，鐵心端面光滑，沒有過熱形成的燒熔，鐵心完好無損。同時對調(diào)柱及旁柱也進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的檢查，檢查結(jié)果未見異常。

在對問題撐棒進(jìn)行X光透視后，未發(fā)現(xiàn)金屬異物。對撐棒材質(zhì)進(jìn)行分析后，認(rèn)為這次變壓器故障的原因是該支撐棒受到了污染或存在腐蝕發(fā)生霉變，絕緣性能下降，與鐵心片接觸后在鐵心端面形成局部渦流產(chǎn)生局部過熱。由于撐棒與鐵心緊密接觸，散熱條件很差，使支撐棒局部過熱而發(fā)生碳化，造成了變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常。

確認(rèn)故障性質(zhì)后，將鐵心主柱第四級與撐棒接觸的表面用酒精徹底清洗，去除撐棒碳化遺留物，清洗完畢后涂絕緣清漆予以保護(hù)并恢復(fù)片間絕緣，更換故障和有拆損的撐棒，嚴(yán)格按工藝要求進(jìn)行修復(fù)和試驗。變壓器修復(fù)后于2010年1月20日投入運行，投運后油色譜數(shù)據(jù)正常。

5 總結(jié)

通過本次變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)的研判，總結(jié)注意事項如下：

（1）要高度重視新變壓器投產(chǎn)前后和試運行期間的油色譜分析。當(dāng)主要特征氣體有明顯增長，特別是有微量C2H2出現(xiàn)時更應(yīng)高度重視。

（2）當(dāng)新投產(chǎn)變壓器的油中特征氣體沒有超注意值，但發(fā)現(xiàn)異常需進(jìn)行故障判斷時，應(yīng)首先采用產(chǎn)氣速率法判斷故障性質(zhì)和發(fā)展的速度，然后采用改良三比值法和特征氣體法綜合分析判斷故障點的具體溫度，確定故障的嚴(yán)重程度。

（3）取油樣前一定要先將取樣閥內(nèi)的油放干凈，以免所取的油樣失去真實性。

（4）當(dāng)發(fā)現(xiàn)油中特征氣體含量異常，在故障未查明之前，若需設(shè)備繼續(xù)運行 （或進(jìn)行空載和負(fù)載試驗）并根據(jù)油中氣體含量的變化作進(jìn)一步觀察時，宜暫緩對油進(jìn)行脫氣處理，以利于故障的診斷。

（5）制造廠商要嚴(yán)格把好材料關(guān)，嚴(yán)格控制制造工藝，嚴(yán)格遵守存儲和運輸?shù)囊?，防止變壓器質(zhì)量事故的發(fā)生。

（6）現(xiàn)場安裝過程中，特別是鐵心內(nèi)部檢驗時要采取有效措施，防止蒼蠅等昆蟲飛進(jìn)變壓器鐵心，以確保變壓器內(nèi)部的絕緣良好。

[1]GB/T 7252－2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2001.

（本文編輯：龔 皓）

Abnormal Data Analysis for Oil Chromatography of a 500 kV Transformer

YING Gao-liang
（Jinhua Electric Power Bureau,Jinhua Zhejiang 321017,China）

Chromatography test result of dissolved gas in Phase B transformer is found abnormal during the trial-run period of#3 main transformer in a 500 kV substation.The analysis shows that the fault is caused by overheating inside the device.The fault point is found eventually by fault analysis and fault point detection after timely withdrawal from trial run so that it prevents worsening of transformer fault and accidents and provides experiences for technical supervision of new equipment operation in future.

main transformer；trialrun；dissolved gas；gas generation rate；high temperature overheating

TM407

B

1007-1881（2010）08-0015-03

2010-06-08

應(yīng)高亮(1958-)，男，浙江永康人，高級工程師，長期從事電力系統(tǒng)過電壓保護(hù)、技術(shù)監(jiān)督與變電運行檢修技術(shù)管理工作。