油中溶解氣體分析在電力變壓器故障診斷中的應(yīng)用

俞 華，王天正，閆智鵬

（1.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

油中溶解氣體分析（Dissolved Gas Analysis,簡稱DGA）作為電力變壓器診斷性試驗(yàn)和在線監(jiān)測(cè)中的最重要項(xiàng)目，已日益得到重視并成功應(yīng)用[1,2]。油中各種氣體體積分?jǐn)?shù)與故障的類型和嚴(yán)重程度緊密聯(lián)系，利用氣相色譜法分析絕緣油中溶解氣體，可及時(shí)檢測(cè)變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障以及故障發(fā)展趨勢(shì)，且靈敏度較高，是診斷充油電氣設(shè)備早期潛伏性故障的重要方法。

1 變壓器高壓引線斷股缺陷

1.1 運(yùn)行情況

某220 kV變電站1號(hào)主變壓器（“主變”）于1999年11月13日投運(yùn)，型號(hào)為SFPSZ8-150 000/220。2011年8月17日油色譜在線監(jiān)測(cè)裝置發(fā)現(xiàn)油色譜數(shù)據(jù)呈現(xiàn)明顯增長趨勢(shì)，特征氣體中主要以甲烷、乙烯、乙烷增長明顯，乙炔痕量，CO、CO2有一定的增長，但幅度較?。唤?jīng)取樣，試驗(yàn)室色譜分析數(shù)據(jù)與在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致。

CO和CO2增長不明顯，總烴月相對(duì)產(chǎn)氣速率為3 400%，遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10%。根據(jù)“三比值法”[3]，編碼為022，屬于不涉及固體絕緣的高于700℃的局部過熱。從2011年8月17日至2011年10月24日的油色譜在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表1（由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大，篇幅有限，表中僅列取10天一次的油色譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）。

1.2 故障診斷

9月3日決定跟蹤運(yùn)行，為進(jìn)一步分析、判斷缺陷部位，在轉(zhuǎn)移負(fù)荷過程中，跟蹤油色譜變化趨勢(shì)。

方式一：不改變分接，主變帶35 kV A段負(fù)荷，110 kV負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到本站另一臺(tái)主變，運(yùn)行了5天，通過油色譜監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)特征氣體與之前增長速率基本相同。說明故障部位與110 kV導(dǎo)電回路相關(guān)性小。

方式二：不改變分接，主變帶110 kV A段負(fù)荷，35 kV負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到本站另一臺(tái)主變，運(yùn)行5天，期間監(jiān)測(cè)油色譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特征氣體和之前增長速率基本相同。說明故障部位與35 kV導(dǎo)電回路相關(guān)性小。

方式三：主變高壓側(cè)熱備用，由110 kV帶35 kV A段負(fù)荷，另一主變帶全部110 kV負(fù)荷及35 kV B段負(fù)荷，運(yùn)行5天，期間色譜基本穩(wěn)定不增長，說明故障部位與高壓導(dǎo)電回路相關(guān)性大。

同時(shí)檢查變壓器潛油泵及相關(guān)附件運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)異常,因此判斷特征氣體是由變壓器高壓導(dǎo)電回路的缺陷引起。

表1 變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（2011年） μL·L-1

由于油中特征氣體持續(xù)增長，為防止缺陷發(fā)展為故障，2011年10月24日停電進(jìn)行缺陷分析，先后進(jìn)行了繞組直流電阻、繞組絕緣電阻、泄漏電流、整體介損、低壓空載等試驗(yàn)[4]，試驗(yàn)均合格，且與歷年試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本相同。但考慮到油色譜特征氣體的持續(xù)大幅度增長，繼續(xù)運(yùn)行很可能發(fā)展為故障，于是決定返廠解體檢查，吊罩時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查高壓側(cè)電回路。

1.3 檢查與處理

返廠解體檢查發(fā)現(xiàn)主變220 kV B相高壓引線與套管尾部有明顯過熱痕跡，引線燒斷2.5股，共4股受損（該引線約30股的并繞軟銅線），絕緣用紙和白布帶局部已燒沒、碳化，如圖1所示。其他未發(fā)現(xiàn)異常。

圖1 高壓引線缺陷情況

由于部分引線燒斷，在變壓器運(yùn)行過程中，導(dǎo)致了局部過熱，從而造成在油中產(chǎn)生了乙烯、甲烷等過熱的特征氣體。

現(xiàn)場(chǎng)截?cái)酂龘p的4股銅線后利用磷銅焊條進(jìn)行了修補(bǔ)，用絕緣紙和白布帶進(jìn)行絕緣包扎，修補(bǔ)后測(cè)量進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)均合格。隨后投入了運(yùn)行，油色譜在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

2 變壓器低壓側(cè)引線絕緣受損

2.1 變壓器運(yùn)行情況

某220 kV站2號(hào)主變2002年12月投運(yùn)，投運(yùn)以來運(yùn)行情況一直良好，變壓器型號(hào)為SFPSZ9-150 000/220。2010年6月1日21時(shí)50分，該變壓器35 kV側(cè)374線路用戶側(cè)電纜頭發(fā)生三相短路故障，374線路開關(guān)燒毀，主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作、三側(cè)開關(guān)跳閘。

2.2 故障后現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查

變壓器故障發(fā)生后，運(yùn)行人員立即取油樣進(jìn)行油色譜試驗(yàn)，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該主變進(jìn)行了檢查。

a）220 kV C相套管附近的壓力釋放閥噴油，本體瓦斯繼電器內(nèi)集氣400 mL，經(jīng)檢驗(yàn)為可燃。

b）35 kV側(cè)374線開關(guān)柜燒毀，形成多處孔洞，二次電纜燒焦。線路側(cè)刀閘未受損壞，電纜頭兩側(cè)避雷器均未動(dòng)作。

6月1日晚11點(diǎn)15分取油樣試驗(yàn)，進(jìn)行了油色譜、油介質(zhì)損耗、油擊穿電壓等試驗(yàn)，除了油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)超過注意值外，其他試驗(yàn)結(jié)果均合格。該變壓器歷年油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。2010年6月1日前數(shù)據(jù)均正常，之后發(fā)生了35 kV側(cè)短路，油中溶解特征氣體急劇增長，根據(jù)改良三比值法，編碼102，屬于嚴(yán)重的缺陷，判斷該變壓器發(fā)生了高能量的電弧放電，決定開人孔進(jìn)行檢查。

表2 歷年油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù) μL·L-1

2.3 主變內(nèi)部檢查及故障原因分析

6月4日上午8時(shí)，變壓器放油完成，上午10時(shí)主變?nèi)丝状蜷_進(jìn)行檢查：低壓側(cè)b相繞組末端與a相繞組首端的連接線，同相鄰的c相繞組末端與b相繞組的首端的連接線之間相對(duì)應(yīng)的位置有明顯的電弧灼燒痕跡，引線絕緣遭到嚴(yán)重破壞（如圖2所示），繞組及其他部位外觀檢查未見異常。

35 kV側(cè)開關(guān)柜的燒毀，造成了主變低壓側(cè)的近區(qū)短路，發(fā)生了高能量的電弧放電，導(dǎo)致了油中乙烯、乙炔等特征氣體的急劇增加。

2.4 變壓器的故障處理

6月4日1 4時(shí)，對(duì)主變低壓側(cè)引線進(jìn)行了修復(fù)。6月9日，根據(jù)交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了繞組工頻耐壓、局部放電等試驗(yàn)，試驗(yàn)均合格。在絕緣試驗(yàn)前后油色譜數(shù)據(jù)均正常，隨后投入運(yùn)行。

圖2 主變內(nèi)部低壓引線損傷情況

3 結(jié)束語

油中溶解氣體分析是評(píng)估變壓器絕緣狀態(tài)和分析變壓器絕緣故障的重要依據(jù)，它在狀態(tài)評(píng)價(jià)和技術(shù)監(jiān)督發(fā)揮著重要的作用[5]。

通過文中兩起故障說明，對(duì)于引線斷股或絕緣受損缺陷，DGA技術(shù)有很高的靈敏度，如第一起故障，高壓繞組部分?jǐn)喙桑绷麟娮铚y(cè)試合格，但油中溶解氣體反映非常明顯。

［1］ 杜中杰，張燕，何宏群.淺談如何應(yīng)用溶解氣體分析法診斷變壓器故障［J］.變壓器，2002，39（3）：38-40.

［2］ 趙笑笑，云玉新，王新寬.變壓器油中溶解氣體的在線檢測(cè)技術(shù)［J］.變壓器，2010，47（2）：64-68.

［3］ 中國電力科學(xué)研究院.GB7252—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.

［4］ 郭清海.典型變壓器故障案例分析與檢測(cè)［M］.北京：中國電力出版社，2010：20-23.

［5］ 董寶驊.運(yùn)行中變壓器狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的探討［J］.電力設(shè)備，2005，6（12）：83-87.