變壓器油在線故障診斷技術(shù)及應(yīng)用

秦悅涵

【摘 要】變壓器作為電力系統(tǒng)最主要的供電設(shè)備，其可靠運行程度直接關(guān)系到電力系統(tǒng)電網(wǎng)的安全運行。油中溶解氣體氣相色譜分析是變壓器內(nèi)部故障的重要檢測手段。氣相色譜技術(shù)是近年來興起的一項新技術(shù)，能夠?qū)\行中的變壓器進(jìn)行實時監(jiān)測，通過采集變壓器箱體內(nèi)的少量油樣，分析油中氣體的組分及其含量，就可以判斷變壓器是否存在故障、故障的性質(zhì)以及故障的大致部位。

【關(guān)鍵詞】變壓器故障；色譜分析；在線監(jiān)測；絕緣油

1.研究背景

電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)中最重要和最昂貴的設(shè)備之列，而且也是導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故最多的設(shè)備之一。因此，國內(nèi)外相繼都在研究以在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知性維護(hù)策略，以便實時或定時在線監(jiān)測與診斷潛伏性故障或缺陷。變壓器在發(fā)生突發(fā)性事故之前，絕緣的劣化及潛伏性故障在運行電壓下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學(xué)變化等一系列效應(yīng)及信息。

2.油色譜分析法的優(yōu)勢

油色譜分析法的最大優(yōu)勢就是預(yù)測故障和檢測故障均不要求變壓器停電，只將變壓器油取回到實驗中用色譜儀進(jìn)行分析，不僅不受現(xiàn)場復(fù)雜電磁場的干擾，而且可以發(fā)現(xiàn)油設(shè)備中局部性過熱等缺陷，即可進(jìn)行分析和檢測變壓器內(nèi)部是否存在故障及故障的性質(zhì)、嚴(yán)重程度等。因此，維護(hù)、運行部門普遍認(rèn)為用色譜法分析變壓器故障是一種重要的有實際意義的方法，從預(yù)防性檢修制形成以來，得到了廣泛的應(yīng)用。

3.變壓器故障的類型及判斷原理

變壓器絕緣材料主要是絕緣油和絕緣紙，變壓器在故障下產(chǎn)生的氣體主要是來源于油和紙的熱裂分解，氣相色譜分析就是根據(jù)故障時產(chǎn)生的氣體在絕緣油中含量的多少，判斷其故障類型。

3.1過熱性故障

3.1.1裸金屬過熱

如果設(shè)備內(nèi)的熱量只引起絕緣油的分解時，一般稱為裸金屬過熱。它包括分接開關(guān)接觸不良、引線和分接開關(guān)的連接處焊接不牢，鐵心多點接地或局部短路等。油中氣體的特征是烴類相應(yīng)增多，其中甲烷和乙烯是特征氣體，二者之和一般為總烴的80%以上，當(dāng)故障點的溫度較低時，甲烷所占比例大；隨著溫度升高，乙烯比例有所增加。此外，氫氣也急劇增高，但沒有烴類氣體增長速度快。當(dāng)嚴(yán)重過熱時也會產(chǎn)生少量乙炔氣體，但不超過總烴的 6%。

3.1.2固體絕緣過熱

當(dāng)較高溫度的過熱涉及固體絕緣材料時，除產(chǎn)生較多的低分子烴類氣體外，還產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。

3.1.3低溫度過熱

變壓器長期過負(fù)荷或其他原因使繞組的固體絕緣長期承受低溫度的大面積過熱，在該溫度下，油不甚分解，而只出現(xiàn)由于長時間低溫度過熱加速絕緣紙的碳化而產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，其中一氧化碳反映故障涉及固體絕緣的特性強(qiáng)些。

3.2放電性故障

3.2.1高能量放電（電弧放電）

是指線圈匝間、層間絕緣擊穿，過電壓引起內(nèi)部閃絡(luò)，引線斷裂引起的閃絡(luò)，分接開關(guān)飛弧和電容屏擊穿等引起電弧放電故障。這類故障產(chǎn)氣急劇，產(chǎn)氣量大。其故障特征氣體主要是乙炔（占總烴20%-70%）和氫氣，其次是乙烯和甲烷。由于故障能量較大，所以總烴很高。如果涉及固體絕緣一氧化碳也相對較高。

3.2.2低能量放電（火花放電）

這是一種間歇性的放電故障。如鐵芯片之間、鐵芯接地不良、鐵芯與穿芯螺絲接觸不良等造成的電位懸浮放電。其主要氣體成份也是乙炔和氫氣，其次是乙烯和甲烷氣體。但由于故障能量較小，一般總烴不太高。

3.2.3局部放電故障

常發(fā)生在油浸紙絕緣中的氣體空穴內(nèi)或懸浮帶電體的空間內(nèi)，該類放電產(chǎn)生的特征氣體是氫氣，其次是甲烷，當(dāng)放電能量密度高時，也會產(chǎn)生少量的乙炔氣體）一般不超過 2%。無論是哪一種放電，只要有固體絕緣介入時，都會產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w。

3.3受潮

變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮時，除油中水分和固體絕緣中存在氣隙而發(fā)生局部放電，從而產(chǎn)生氫氣外，還因水分在電場作用下的電解作用和水與鐵的化學(xué)反應(yīng)，也均可產(chǎn)生大量的氫氣。因此，變壓器內(nèi)部進(jìn)水時氫氣的含量較高。

3.4內(nèi)部故障

在判定變壓器內(nèi)有無故障時，首先將氣體分析結(jié)果中的幾項主要指標(biāo) （氫氣、乙炔、烴） 與《變壓器油中溶解氣體分析與判斷導(dǎo)則》推薦的注意值進(jìn)行比較。當(dāng)油中氣體含量任一項超過注意值時，都應(yīng)引起注意。但是《導(dǎo)則》所推薦的注意值不是劃分設(shè)備有無故障的唯一指標(biāo)，而應(yīng)與歷次數(shù)據(jù)比較。如沒有歷次數(shù)據(jù)，則需確定一個適當(dāng)?shù)臋z測周期進(jìn)行跟蹤分析。而最終判斷有無故障時，主要應(yīng)在氣體含量絕對值的基礎(chǔ)上追蹤分析考察特征氣體的增長速率。

4.常見問題及解決方法

以相對產(chǎn)氣速率（即每月某種特征氣體的含量增加原有值的百分?jǐn)?shù)的平均值）用來判斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部狀態(tài)時，總烴的相對產(chǎn)氣速率大于 10%時應(yīng)引起注意。如油的色譜分析中，各成分氣體的含量有增加趨勢或已超過注意值就應(yīng)觀察產(chǎn)氣率，根據(jù)《導(dǎo)則》中三比值法，初步判斷可能存在過熱或放電性故障。

在采用特征氣體法的同時，結(jié)合三比值法進(jìn)行判斷比較可靠；當(dāng)變壓器內(nèi)部存在過熱性故障時，可以采取跟蹤分析的方法，考察過熱特征氣體的比率及烴類氣體的相互關(guān)系，考察相對產(chǎn)氣速率，并根據(jù)一氧化碳與二氧化碳的比值判斷過熱是否涉及固體絕緣材料，是能夠準(zhǔn)確判斷變壓器故障性質(zhì)的。

5.結(jié)束語

利用氣相色譜分析變壓器油的氣體成分及其含量，能夠使技術(shù)人員充分掌握并監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)，能夠提前知道變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，即在變壓器運行中（不停電、不吊芯的情況下），通過常規(guī)檢測及色譜分析就可以把變壓器內(nèi)有無故障、有什么樣性質(zhì)的故障診斷出來，這對于變壓器的維護(hù)保養(yǎng)起到關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用，從而更好地保證電力系統(tǒng)的安全運行。

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