變壓器化學(xué)絕緣故障案例的研究

摘要：

隨著輸電電壓等級(jí)的不斷提高，變壓器的容量和電壓等級(jí)也相應(yīng)升高，對(duì)變壓器可靠性的要求也更高。本文從變壓器絕緣材料故障談起，隨后就變壓器絕緣材料的老化機(jī)理進(jìn)行了說(shuō)明，最后就變壓器故障類型、故障診斷方法和故障診斷步驟進(jìn)行了探索研究。

中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)4月15日，中國(guó)西電在已有成熟技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，為寧夏黃河750千伏變電站研制的首臺(tái)750千伏、70萬(wàn)千伏安自耦變壓器順利完成，其技術(shù)性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，鞏固了xD品牌在750千伏產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的領(lǐng)先水平。這臺(tái)變壓器在產(chǎn)品技術(shù)性能和安全可靠性上都有了很大提高。在實(shí)際工作中為了確保變壓器的安全運(yùn)行，進(jìn)行變壓器的故障診斷異常重要。下面筆者結(jié)合工作實(shí)踐對(duì)變壓器絕緣材料的故障做一下探索和研究。

1.變壓器絕緣材料故障及案例

1.1變壓器的組成材料。

變壓器通常由結(jié)構(gòu)材料、導(dǎo)電材料、絕緣材料和導(dǎo)磁材料組成，不同類型的電力變壓器其絕緣材料的組成也不同，例如油浸式變壓器的絕緣材料由絕緣紙和絕緣油構(gòu)成。

1.2變壓器故障。

在變壓器的運(yùn)行過(guò)程中，由于受到環(huán)境、機(jī)械、電、熱等各種因素的影響，絕緣材料會(huì)逐漸劣化從而導(dǎo)致變壓器故障，絕緣材料的性能決定了變壓器的使用壽命。實(shí)踐證明，變壓器85%的故障因素都是由變壓器絕緣系統(tǒng)引起的。一是由于絕緣材料薄、油道窄等變壓器設(shè)計(jì)不合理的原因?qū)е伦儔浩魍度氩痪镁蜁?huì)產(chǎn)生故障；二是變壓器相間絕緣裕度不夠?qū)е碌南嚅g短路故障；三是變壓器內(nèi)部的潔凈度不高，金屬雜質(zhì)覆蓋在變壓器表面和變壓器線圈之上，導(dǎo)致變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生局部放電；四是變壓器的絕緣管、絕緣筒和絕緣板凳絕緣成型件在制造過(guò)程中受到污染，導(dǎo)致局部放電，降低了絕緣件的絕緣效果；五是變壓器油箱的密封效果不好，當(dāng)水分進(jìn)入變壓器內(nèi)部時(shí)，變壓器的局部絕緣強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致線圈對(duì)油箱的擊穿；六是變壓器長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致變壓器油老化。

1.3案例。

型號(hào)SFP10-240000/220-W2，額定容量240MVA變壓器在x月10日的油樣檢測(cè)結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)低分子烴類氣體（乙炔）含量為5.51ppm，超過(guò)注意值4.0ppm，引起注意，及時(shí)匯報(bào)加強(qiáng)監(jiān)督，為了進(jìn)一步判斷分析，在15日，又取油樣送檢，分析結(jié)果仍然是油樣不合格，且乙炔含量增長(zhǎng)較快達(dá)到7.26ppm，在17日，再次送檢油樣，分析結(jié)果仍然是油樣不合格，且乙炔含量增長(zhǎng)較快，增長(zhǎng)到11.76ppm，根據(jù)三比值計(jì)算編碼為102，判斷設(shè)備內(nèi)部存在裸金屬放電故障，及時(shí)匯報(bào)，立即退出運(yùn)行安排檢查。

2.變壓器絕緣材料的老化機(jī)理

變壓器絕緣材料的老化機(jī)理分為又可分為絕緣油的老化和絕緣紙的老化，都會(huì)產(chǎn)生溶解氣體。

2.1變壓器中的絕緣油的老化。

變壓器絕緣油由于受到電場(chǎng)、溫度、濕度以及金屬等因素的影響，會(huì)發(fā)生碳化、氧化等反應(yīng)，從而產(chǎn)生低分子烴類氣體，這個(gè)過(guò)程稱為絕緣油的劣化。在各種外界因素的影響下，絕緣油的劣化是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，隨著溫度的升高劣化的速度也加快，同時(shí)金屬雜質(zhì)、水分、氧氣等對(duì)劣化過(guò)程也起到加速作用。

2.2變壓器絕緣紙的老化。

絕緣紙是在化學(xué)、機(jī)械、熱、電等眾多因素的共同作用下，纖維素降解的過(guò)程，在此過(guò)程中有水解、熱降解、氧化降解等反應(yīng)。其中絕緣材料中水分的含量對(duì)絕緣紙水解的速度影響最大，同時(shí)一定的溫度也起到催化劑的作用。

3.變壓器故障診斷

目前變壓器故障診斷的常用方法是油中溶解氣體分析技術(shù)，該技術(shù)首先從取出變壓器中的油作為樣品，然后分離中油樣中的溶解性氣體，最后分析中溶解性氣體的含量和成分。根據(jù)氣體的含量和成分就可判斷變壓器是否存在故障和故障類型。

3.1變壓器故障類型。

變壓器的故障類型可分為熱性故障和電性故障。一是當(dāng)變壓器內(nèi)部受潮時(shí)，潛伏性故障如何不能及時(shí)排除將會(huì)發(fā)展成為電性故障。熱性故障是指有效熱應(yīng)力引發(fā)的變壓器故障，熱應(yīng)力引發(fā)的絕緣油分解產(chǎn)生的氣體82%以上都是CH4和C2H4，其余氣體是CO和CO2。二是指在高壓應(yīng)力的作用下變壓器的絕緣材料劣化，引發(fā)電弧放電、火花放電和低能量局部放電等的電性故障。電弧放電的發(fā)展速度快，該故障引發(fā)的油中氣體特征是C2H2、H2、C2H4、CH4?；鸹ǚ烹姷墓收夏芰枯^小，油中氣體的主要含量是C2H2。變壓器的局部放電主要由金屬部件接觸不良，絕緣材料的某些部位存在尖角等引起，局部放電的氣體特征主要是烴含量較低。

3.2變壓器故障診斷方法。

當(dāng)前變壓器的故障診斷可以依據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中的規(guī)定執(zhí)行。例如當(dāng)變壓器油樣品中的H2高于150uL/L，C2H2超過(guò) uL/L，總烴氣體含量超過(guò)150uL/L時(shí)就證明變壓器存在故障隱患，就要加強(qiáng)對(duì)變壓器的故障跟蹤分析。目前進(jìn)行故障診斷的方法很多，常用的有三比值分析法、特征氣體組分析法。一是三比值分析法，就是根據(jù)變壓器中的油在故障條件下分解產(chǎn)生的氣體含量和溫度之間存在緊密的依賴關(guān)系，把氣體分析分組、編碼，作為故障類型判斷的依據(jù)；二是特征氣體組分析法。我們知道不同的故障類型產(chǎn)生的氣體種類和含量不同，因此通過(guò)油中氣體的含量和不同組成就可以判斷故障類型，例如當(dāng)存在固體絕緣故障時(shí)，CO的氣體含量會(huì)明顯增加。當(dāng)變壓器的絕緣材料受潮時(shí)，氫氣的氣體含量就較高。

3.3掌握故障的原因、故障的類型，從而預(yù)測(cè)變壓器的狀態(tài)。

其診斷步驟是從變壓器中進(jìn)行油樣品的提取，分析油樣品中的氣體特征，判斷變壓器是否存在故障；同時(shí)需要進(jìn)一步判斷故障的類型，了解故障的發(fā)展趨勢(shì)，提出有效的解決方案。如果存在故障的變壓器還需要繼續(xù)運(yùn)行，在運(yùn)行期間則需要提供監(jiān)視手段和安全措施，必要時(shí)要進(jìn)行變壓器的內(nèi)部檢修、限制負(fù)荷等。

總之，由于變壓器的內(nèi)部絕緣系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變壓器在運(yùn)行的過(guò)程中，不同時(shí)間在相同部位受到的應(yīng)力也會(huì)不同，因此變壓器絕緣材料的老化很難用單一特征進(jìn)行描述，在實(shí)際的故障診斷過(guò)程中，單一的故障診斷技術(shù)也不能解決所有的故障診斷任務(wù)，需要把各種不同的技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而提高故障診斷的正確率。無(wú)論是什么原因?qū)е伦儔浩鬟^(guò)熱故障、短路故障都會(huì)導(dǎo)致變壓器發(fā)生事故，正常的維修管理和故障診斷，都會(huì)延長(zhǎng)絕緣材料的使用壽命，從而減少變壓器的故障率。