變壓器故障油色譜分析方法

趙燕玲

寧夏石嘴山供電局，寧夏石嘴山 753000

0 引言

診斷變壓器設備是否有故障需要我們結(jié)合各個方式和方法進行檢查和監(jiān)測，會運用到多種技術(shù)措施，全方位的分析判斷，按照DL/T596-1996電力設備中預防設備故障的試驗規(guī)則中的項目和指標標準，結(jié)合變壓器油中各種氣體的色譜分析辦法，對變壓器中有可能存在的潛在風險和故障進行一個早期的預測，在實際運作的情況中，也說明了這個方法是可行的，油中各個氣體的含量的高低與變壓器是不是又故障發(fā)生，變壓器故障的性質(zhì)和故障嚴重程度的好壞是有非常緊密的聯(lián)系的。

1 變壓器故障類型包括：過熱、放電和絕緣受潮三種類型

1）設備絕緣性不好，起不到保護變壓器的作用，有可能導致設備過熱引起故障。起不到很好的保護設備的作用，導致絕緣材料迅速的分解。具體過熱性的故障類型還可以分為裸金屬過熱和固體絕緣過熱；

2）放電性原因是設備內(nèi)部出現(xiàn)了產(chǎn)生電的效應，分為高能放電（電弧放電）、低能放電（火花放電）和局部放電，這是按照生電效應的強弱劃分為三種形式。

（1）變壓器設備分析診斷為高能放電類型的時候，就不斷地產(chǎn)生含有乙炔和氫氣的氣體成份，其次會有甲烷和乙烯，因為高能放電的類型一般在設備中發(fā)生的時間比較短，所以風險預兆不是很明顯；

（2）火花放電的故障類型屬于間歇性的故障，它不會長時間的產(chǎn)生放電效應，這種類型的設備故障在發(fā)生時產(chǎn)生的氣體成份與高能放電產(chǎn)生的氣體成份大致是類似的，但是由于這種故障發(fā)生時所產(chǎn)生的能量是比較少的，所以總烴成份的含量不會過高的。一般常見的故障會出現(xiàn)在套管引線對電位未固定的套管導電管，均壓圈等地方，還有就是引線局部或者鐵心接地片地方的接觸不良的地方也是比較容易產(chǎn)生火花的地方，要格外注意觀察這些部位；

（3）設備由于維護不當受潮或者因為本身的制造質(zhì)量差容易發(fā)生局部放電的情況，故障發(fā)生的時候主要包含的氣體是氫氣，其次是甲烷，這兩種成分是最主要的，有時候會產(chǎn)生少量的乙炔氣體。

3）絕緣設備變質(zhì)性能低下不能起到很好的保護作用時候，變壓器會因此受潮出故障，這時候的特征氣體變現(xiàn)為H2的含量比較高，其他特征氣體的含量不會有太大明顯的變化，但是這個時候要注意芳烴的含量，因為芳烴本身具有“抗析氣”的特性，要考慮到不同牌號油的含有芳烴的多少是不相同的，作用在電場下所產(chǎn)生的氣體含量也是不一樣的，在分析診斷故障類型的時候要注意這些因素的存在。

2 色譜分析診斷的基本程序

油中氣體的含量多少要油色譜分析導則中的規(guī)定標準做出對比，也就是跟注意值進行比較，這是在分析診斷設備是否存在故障的時候首先要做的。

表1 正常變壓器油中氣，烴類氣體含量的注意值

1）若氫氣、乙炔、總烴含量值有一項是大于導則規(guī)定的注意值的20%，主要的對應關(guān)系可參照：含有乙炔，考慮電弧或者火花（低能）放電的類型故障；加入氫氣含量較大可以查看是不是受潮；總烴中烷烴和烯烴假如含量過大，炔烴含量太小甚至沒有要查看是不是過熱故障類型；

2）計算產(chǎn)生速率，為了能更好地評判故障發(fā)展程度的快慢；

3）拿出三比值作出仔細的對比計算，確定出來變壓器故障的類型；

4）檢查設備之前運行歷史，還要結(jié)合其他的分析全面的進行診斷。

3 氣體含量達到注意值時故障分析方法

記住各項特征氣體的含量標準一般要求220kV及以下變壓器H2不大于150μl/L、C2H2不大于5μl/L（500kV1PPM）、∑CH不大于150μl/L，要將氣體分析結(jié)果中的主要含量和《電氣預防性試驗規(guī)程》中的各項注意值進行對比。

1）注意當分析出來的氣體含量任一一項超過注意值的時候就應該有所警覺。但是不能單純的以這個“標準”為唯一的標準，因為注意值并不是劃分故障是不是存在的標準。一些氣體含量值雖然低于注意值，但是數(shù)值增長的過于迅速的時候也應該注意追蹤分析。在判斷設備有沒有故障的時候是在各種氣體產(chǎn)生的速率超過10%的注意值的時候才能定位有故障存在，在這個過程中要注意非故障性原因產(chǎn)生的故障氣體的因素，以影響了錯誤的判斷，要注意分析結(jié)果絕對值和注意值的高出比例；

2）在變壓器實際運作當中，工作人員在檢查故障原因是要清楚注意值并不是變壓器停運的數(shù)值，如果檢查并不是電路問題，也不是絕緣問題，可以考慮緩停變壓器進行檢查；

3）在油中氣體氫氣和烴類這兩種含量一直保持在穩(wěn)定的狀態(tài)下的時候，沒有超過注意值，也沒有太大的發(fā)展趨勢和變化，一般在這種情況下可以認定為變壓器是運行正常的，是沒有故障存在的；

4）變壓器長時間的運行外部絕緣保護體會出現(xiàn)惡化，變壓器油中會產(chǎn)生CO和CO2，這個時候要格外注意這兩種氣體的含量和對比值。

這兩種氣體含量會隨著設備年月的增加或者設備的結(jié)構(gòu)、設備運行所承受的負荷和溫度都有關(guān)系，簡單明白的可以認為在開放式的變壓器中CO成分的含量小于300μl/L，CO2/CO比值在7左右的時候是在正常的范圍內(nèi)；而在密封的變壓器中的CO2/CO比值在低于7時也是屬于正常范圍內(nèi)的，注意值在這樣的作用下并不能做出統(tǒng)一的標準。

4 氣體增加由于外部原因造成的情況

1）油泵軸承磨損故障、油流繼電器故障等；

2）散熱片堵塞引起故障；

3）C2H2增加，原因可能是設備外部電焊引起的氣體；

4）設備本體由于進水造成H2含量增加；

5）油質(zhì)量不高，油品色譜不合格；

6）慮油機在真空過油的時候溫度太高導致油裂解；

7）周圍外部環(huán)境（電石爐）造成，或者油流靜電、試驗標氣不純、過負荷等原因。

5 根據(jù)三比值法分析判斷方法

在利用三比值方法進行診斷設備故障的時候要注意幾點問題，首先要清楚三比值的構(gòu)成是通過對C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的值計算得出的，然后再經(jīng)過統(tǒng)計分析出不同的故障類型，在分析和應用的過程中要注意的是：

1）這種比值的方法在對油中氣體含量比較正常的情況下是不起作用的，沒有應用的價值；

2）對比三比值方法分析之后，觀察各種特征氣體在超過注意值得時候，氣體成份的濃度大于分析方法靈敏度極限值的10倍，再結(jié)合其他分析方法綜合判斷得出設備內(nèi)部確實存在故障，然后才可以應用三比值的方法分析故障的類型和故障。假如沒有確定設備內(nèi)部是否存在故障就參照這種方法分析，是極其容易出現(xiàn)誤判的，誤判故障存在也許會造成很大的經(jīng)濟損失，甚至還會有不必要的人力和物力分付出；

3）應用舉例

某110kV主變差動、瓦斯動作跳閘，油色譜分析報告為：

氣體成份 甲烷 乙烯 乙烷 乙炔 氫 CO CO2 總烴 日期含量ml/l 117.44117.1514.7896.68 612 644.072697346.054.3066.52165.8525.2971.16110.55612.785318.9328.225.9

上表中的數(shù)據(jù)顯示是變壓器和瓦斯繼電器同一時間都在運作的時候，觀察乙烯、甲烷、乙炔、氫氣、總烴各項氣體的含量，發(fā)現(xiàn)它們的含量都超過了注意值，可以直接應用三比值的方法進行分析。查編碼為102，結(jié)果屬于高能放電的故障類型，是非常有可能出現(xiàn)工電弧擊穿現(xiàn)象；另外查看初步判斷B相繞組有著比較嚴重的電弧故障，因為結(jié)合外部電氣試驗檢測出B相高壓繞組直流電阻不平衡率達到了25%。并且在檢查中也看出了有電弧放電的痕跡，主變本體出現(xiàn)嚴重損壞，發(fā)現(xiàn)B相高壓繞組中性點處有匝間短路的情況。

6 發(fā)展應用展望

6.1 變壓器油色譜在線分析檢測裝置

實現(xiàn)油色譜現(xiàn)在分析設備故障對于判斷變壓器風險和缺陷是非常有幫助的，油色譜在線分析裝置的運行可以實現(xiàn)不間斷的連續(xù)檢測設備的狀態(tài)，這種方式尤其是在檢測設備缺陷變化發(fā)展的程度有很大幫助，讓工作人員可以及時的掌握設備的缺陷和存在的安全風險，使得油色譜由周期性的分析變成了隨時的狀態(tài)分析的區(qū)別，這將是變壓器檢修中最顯著重要的一個標志，很大程度上提高了工作效率和分析判斷故障的準確性。在設備出現(xiàn)故障的時候，以目前的技術(shù)上水平，因為還有很多限制，我們還是需要在故障發(fā)生的時候盡快取出油樣本拿到實驗室進行復查，因為還是很難在故障發(fā)生前做出準確的早期報警。

6.2 便攜式油色譜分析裝置

簡單便攜的油色譜分析方法相對于實驗室的油色譜分析方法不會有太多技術(shù)上的區(qū)別，唯一的好處就是將實驗室的分析方法搬到了現(xiàn)場進行判斷分析，這種方式可以使得工作人員在故障發(fā)生的第一時間就能夠?qū)收系念愋秃托再|(zhì)作出判斷，這也大大提高了工作效率，目前會隨著狀態(tài)檢修設備的開展會不斷地提升此技術(shù)，使得這項技術(shù)在分析故障的準確度上面更加接近實驗室分析的標準和水平。

7 結(jié)論

油色譜分析方法能夠效率準確的判斷出變壓器中潛在的風險和故障，但是在遇到具體的情況的時候，不能盲目的按照標準來執(zhí)行，故障發(fā)生的實際情況或者故障發(fā)展的程度，要和一些外部電氣試驗數(shù)據(jù)還有設備在實際運行的過程中可能遇到的狀況，要綜合分析，根據(jù)現(xiàn)場情況來操作，另外就是要充分利用油化學檢測及其靈敏性的特點，把作用發(fā)揮到最大，幫助分析判斷故障的類型和性質(zhì)，并且能夠提出及時有效地檢修策略，提高變壓器的安全可靠性和運行的壽命。

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