變壓器油色譜異常原因分析及處理

向娟

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司 湖南湘西 416000）

變壓器油色譜異常原因分析及處理

向娟

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司 湖南湘西 416000）

應(yīng)用氣相色譜分析技術(shù)可對(duì)充油電力設(shè)備的內(nèi)部故障進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的診斷。對(duì)溶解于油中的氣體展開(kāi)科學(xué)的分析，及時(shí)找出設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并跟蹤、監(jiān)視故障的發(fā)展情況。本文將對(duì)變壓器油色譜異常的原因進(jìn)行分析處理措施。

變壓器；油色譜；異常；原因分析；處理

1 引言

在變壓器日常運(yùn)行過(guò)程中，油中溶解氣體氣相色譜分析是檢測(cè)變壓器的缺陷隱患，確保變壓器安全運(yùn)行的重要手段。若變壓器的油色譜出現(xiàn)異常，需要排除外部的所有因素，確定異常的原因，從而采取有效的處理措施。

2 主變絕緣油氣相色譜分析

為了保證變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)其開(kāi)展變壓器油氣相色譜分析，本文將以某變電站主變壓器為例，研究冬季主變絕緣油的狀態(tài)。在冬季迎峰安全大檢查時(shí)，開(kāi)展色譜分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)主變油樣總烴含量為299.6μL/L，超過(guò)注意值150μL/L。先后經(jīng)過(guò)15次的油樣色譜跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，總烴含量一直呈上升趨勢(shì)?？偀N含量達(dá)到800.56μL/L，與當(dāng)年1月份的含量相比，增長(zhǎng)了許多，且產(chǎn)氣速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了注意值。由于故障氣體的主要成分是甲烷和乙烯，根據(jù)其產(chǎn)氣特性，結(jié)合三比值法分析，最后確定該故障為高于700℃的過(guò)熱故障。

3 變壓器油色譜異常原因分析方法

3.1 三比值法

三比值法是對(duì)充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障的性質(zhì)、類別進(jìn)行準(zhǔn)確判斷的主要方法之一，主要設(shè)備有油浸式電抗器、變壓器等。具體而言，通過(guò)計(jì)算幾種低分子氣體的含量值，包括 CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2等，從而將3對(duì)比值用不同的編碼表示出來(lái)，根據(jù)三比值判據(jù)，就能判斷故障的類型。

3.2 特征氣體法

如果總烴的主要成分為CH4、C2H4和C2H6，且C2H4的含量始終較高，CH4的含量與C2H4接近，CH4和C2H4含量之和在總烴含量中的比例超過(guò)80%，那么就可判定該故障為中等溫度的熱故障。如果H2含量超標(biāo)（150μL/L），但在氫烴總量中的比例低于27%，隨著溫度的不斷升高，雖然H2的絕對(duì)含量增加，但所占的比例有所下降，那么就可判定該故障為高溫過(guò)熱故障。如果早期、中期幾乎沒(méi)有產(chǎn)生C2H2，即便之后有少量C2H2出現(xiàn)，但其含量在總烴含量中所占的比例沒(méi)有超過(guò)6%，則可判定該故障為嚴(yán)重過(guò)熱故障。

3.3 總烴產(chǎn)氣速率判定法

當(dāng)油中總烴含量超過(guò)正常值（150μL/L）時(shí)，應(yīng)考慮采用總烴產(chǎn)氣速率判定法判斷有無(wú)故障。絕對(duì)產(chǎn)氣速率γ的計(jì)算式為：

式中：γ-絕對(duì)產(chǎn)氣率，mL/h；Ci1-第一次氣體取樣測(cè)得的體積分?jǐn)?shù)，μL/L；Gi2-第二次氣體取樣測(cè)得的體積分?jǐn)?shù)，μL/L；△t-2次取樣時(shí)間間隔中設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，h；G-油重，t；ρ-油密度，t/m3。

通常情況下，當(dāng)充油電氣設(shè)備的總烴產(chǎn)氣速率超過(guò)1mL/h時(shí)，就可判定設(shè)備內(nèi)部存在故障。如果設(shè)備總烴的產(chǎn)氣速率及其含量都比正常值要小，那么就可以判定充油電氣設(shè)備內(nèi)部并沒(méi)有發(fā)生故障；如果設(shè)備總烴的產(chǎn)氣速率比正常值小，但其含量比正常值大，只是沒(méi)超過(guò)3倍，那么就可以判定充油電氣設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了發(fā)展速度相對(duì)緩慢的故障，能維持設(shè)備的運(yùn)行；如果設(shè)備總烴的產(chǎn)氣速率是正常值的1～2倍，但其含量大于正常值卻沒(méi)有超過(guò)正常值的3倍，那么就可以判定充油電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生了故障，需縮短檢驗(yàn)周期，同時(shí)密切監(jiān)視故障的變化情況；如果設(shè)備總烴的產(chǎn)氣速率及其含量都比正常值的3倍還大，那么就可以判定充油電氣設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的故障，且故障發(fā)展速度快，需即刻采取有效措施進(jìn)行處理。

4 變壓器油色譜異常原因分析

4.1 常規(guī)試驗(yàn)、內(nèi)檢以及吊檢情況

對(duì)變壓器進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)、內(nèi)檢以及吊檢，通常需要注意以下內(nèi)容：①對(duì)主變壓器的絕緣、介損、直阻和泄漏電流進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果無(wú)異常，其鐵芯夾件對(duì)于地絕緣電阻值為600MΩ，鐵芯和夾件間的絕緣電阻值為1000MΩ。②進(jìn)行主變壓器身的內(nèi)檢，除了油箱磁屏蔽絕緣值為零外，不存在可疑點(diǎn)。通常查證是因?yàn)榇牌帘谓拥靥幗^緣墊發(fā)生脫落，但不會(huì)因此而形成環(huán)流，和總烴超標(biāo)無(wú)關(guān)。③做好吊罩的檢查，檢查的可見(jiàn)部位不存在過(guò)熱跡相，打開(kāi)鐵芯極間的短接片后進(jìn)行檢測(cè)，絕緣電阻值為1000MΩ，地屏、夾件磁屏蔽的絕緣值則超過(guò)1000MΩ；高壓側(cè)有載分接開(kāi)關(guān)的動(dòng)、靜觸頭，其表面光滑，不存在過(guò)熱放電的痕跡，接觸良好；高、低壓側(cè)的引線絕緣表面不存在放電、過(guò)熱變色的痕跡，線圈的絕緣色為黃色，可見(jiàn)絕緣狀態(tài)良好。針對(duì)以上情況，磁回路以及主絕緣發(fā)生故障的可能性較低。為獲得更多數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行進(jìn)一步的定位分析，防止盲目的解體檢修導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失，因此進(jìn)行局部放電、空載損耗試驗(yàn)以及短路損耗試驗(yàn)等檢測(cè)。

4.2 局部放電、空載損耗試驗(yàn)以及短路損耗試驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)變壓器進(jìn)行以上檢查后，實(shí)施主變繞組的連帶套管局部放電試驗(yàn)（1.3倍額定電壓下），三相局部放線量（PC）分別為：102、101、97，與歷史數(shù)據(jù)不存在差異。繼而進(jìn)行單相空載、單相負(fù)載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該主變壓器的鐵芯為三相五柱式，不能根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出三相損耗值。通過(guò)三相數(shù)據(jù)大小關(guān)系、以及外施電壓的線性程度關(guān)系進(jìn)行分析，可看出試驗(yàn)數(shù)據(jù)與變壓器空載損耗的規(guī)律相符，可基本判斷鐵芯的狀況良好、無(wú)異常。進(jìn)行約30%負(fù)荷電流負(fù)載損耗試驗(yàn)，通過(guò)換算，75℃的總負(fù)載損耗和廠家出廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)838.1kW十分接近，不存在有異常。

4.3 變壓器的空載運(yùn)行下油色譜變化情況

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)，檢測(cè)與吊罩檢查均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，所以采用220kV系統(tǒng)電壓實(shí)施#3主變空載工況的檢查，在主變空載的運(yùn)行下對(duì)油色譜變化進(jìn)行跟蹤分析，得出如下結(jié)論：①#3主變油中的特征氣體含量增加，和#4冷卻器投運(yùn)存在明顯的關(guān)系；②人工取樣和在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)部分時(shí)段一致，部分時(shí)段不一致，加上東側(cè)人工取樣值先達(dá)到新增長(zhǎng)值，而后西側(cè)在線監(jiān)測(cè)才達(dá)到相應(yīng)值，也就是產(chǎn)氣源處于人工取樣?xùn)|側(cè)，而#4冷卻器位置也在東側(cè)，結(jié)合①中的因果關(guān)系，可判斷#3主變壓器的油色譜異?，F(xiàn)相主要由#4冷卻器而導(dǎo)致的。

4.4 檢查分析冷卻器潛油泵

盡管開(kāi)始便對(duì)冷卻器潛油泵進(jìn)行的檢查，不存在異常溫升以及振動(dòng)問(wèn)題，但數(shù)據(jù)表明#4冷卻器的潛油泵可能存在造成油色譜異常的問(wèn)題。對(duì)冷卻器的運(yùn)行電流進(jìn)行，#4冷卻器的A相電流為16A，與其他的各組相比約大1A；分部件的檢測(cè)結(jié)果為#4冷卻器潛油泵A、B、C相電流，與其他冷卻器的潛油泵各相電流均偏大1A；對(duì)電機(jī)定子線間的直流電阻進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)AB、CB線間的直阻為6.2Ω比正常大4.5Ω。通過(guò)分析，#4潛油泵電機(jī)的定子線圈A相線圈可能存在匝間短路且燒斷部分線股的缺陷，在運(yùn)行的過(guò)程中被燒損的線股在電流啟動(dòng)的沖擊下出現(xiàn)局部短路，導(dǎo)致運(yùn)行的電流偏大、局部發(fā)生異常溫升，使得絕緣油因過(guò)熱而分解，主變油色譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常。#4冷卻器潛油泵屬于泵機(jī)合一結(jié)構(gòu)，型號(hào)為盤(pán)式電機(jī)潛油泵RK38-150-b型，對(duì)其進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)定子線圈A相的端口處存在燒損。

5 處理措施分析

對(duì)#4潛油泵進(jìn)行更換之后，#3主變壓器的油色譜數(shù)據(jù)日益穩(wěn)定，總烴值約為150mg/L。此后，機(jī)組處于60～100%的負(fù)荷率下正常運(yùn)行，主變的運(yùn)行狀況正常，對(duì)變壓器油進(jìn)行人工取樣，其分析結(jié)果和在線監(jiān)測(cè)的結(jié)果基本一致。盡管檢查分析了潛油泵，但無(wú)法在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行正確的判斷，主要原因在于錯(cuò)誤的將潛油泵電機(jī)當(dāng)作普通電機(jī)。普通電機(jī)能夠通過(guò)表體的溫度、聲音以及振動(dòng)等判斷是否存在故障異常，但是因變壓器的潛油泵電機(jī)浸在流動(dòng)的油中，局部短路過(guò)熱而導(dǎo)致發(fā)熱崩潰的時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)行表觀特征檢查很難發(fā)現(xiàn)異常，唯有通過(guò)三相電流以及定子直阻檢測(cè)分析方可確定其是否存在異常情況。了解潛油泵電機(jī)的定子直流電阻后，運(yùn)行中還需要定期的檢測(cè)三相電流，此外還可考慮將潛油泵的運(yùn)行電流歸納到重要輔助設(shè)備的監(jiān)測(cè)中。進(jìn)行變壓器油色譜異常現(xiàn)相分析處理的過(guò)程中，要先通過(guò)試驗(yàn)確定變壓器的內(nèi)部是否存在問(wèn)題，唯有排除外部因素并確證異常來(lái)源于變壓器的內(nèi)部后，才能夠采用相關(guān)判斷以查處異常。此外，需要定期的檢測(cè)、分析潛油泵的運(yùn)行電流，從而保證潛油的安全運(yùn)行，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)潛在隱患并采取有效、可靠的措施。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，雖然氣相色譜分析法是判斷充油電力設(shè)備運(yùn)行是否正常的一種重要方法，但它具有一定的局限性。在應(yīng)用這一方法時(shí)，需要綜合設(shè)備的運(yùn)行狀況、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素等進(jìn)行判斷，并與其他方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，這樣才能得出更加準(zhǔn)確的結(jié)論。

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TM407

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1004-7344（2016）07-0080-02

2016-2-20