變壓器油中溶解氣體的分析與故障判斷

張巧珍　宋海友（.國(guó)家電網(wǎng)公司河南省電力公司新鄉(xiāng)供電公司，河南新鄉(xiāng)　45300；.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所，河南新鄉(xiāng)　453003）

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變壓器油中溶解氣體的分析與故障判斷

張巧珍1宋海友2
（1.國(guó)家電網(wǎng)公司河南省電力公司新鄉(xiāng)供電公司，河南新鄉(xiāng)453002；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所，河南新鄉(xiāng)453003）

【摘 要】本文列舉了電力變壓器運(yùn)行中，變壓器油中產(chǎn)生氣體的類別、原因與過(guò)程，分析了在變壓器故障發(fā)生的各個(gè)時(shí)期產(chǎn)生的可燃?xì)怏w種類和特征，針對(duì)不同類型的故障給出了相應(yīng)的判定方法與依據(jù)，并提出了在故障發(fā)生時(shí)應(yīng)該采取的正確的處理步驟，以及有效避免變壓器故障的發(fā)生與進(jìn)一步惡化的可靠方法。

【關(guān)鍵詞】變壓器故障變壓器油氣相色譜法

在生產(chǎn)中，變壓器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，變壓器油在高溫高壓長(zhǎng)時(shí)間作用下，可能導(dǎo)致初期故障，油中分解多種可燃性氣體則是產(chǎn)生內(nèi)部故障的先兆，這些可燃?xì)怏w是降低變壓器油的閃點(diǎn)，引起早期故障的原因。

變壓器油和纖維絕緣材料長(zhǎng)期在高溫高壓下運(yùn)行，受水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而緩慢老化、分解，產(chǎn)生的大部分氣體溶于油中，當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障時(shí)，就會(huì)迅速產(chǎn)生氣體，并且產(chǎn)氣量迅速增加，絕大多數(shù)的初期故障缺陷都會(huì)出現(xiàn)早期跡象，因此，對(duì)變壓器產(chǎn)生氣體進(jìn)行成份和氣體量的分析是研判變壓器早期故障的有效方法。

1　分析變壓器油中的氣體成份

目前，采用氣相色譜法對(duì)變壓器油中的氣體進(jìn)行成份和氣體量進(jìn)行分析是研判變壓器早期故障的最有效方法，色譜法有兩個(gè)步驟：從油中脫氣和測(cè)量?jī)蓚€(gè)過(guò)程。地礦油是由大約2871種液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成的，通常只鑒別絕緣油中的個(gè)別氣體：氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9種氣體，將這9種氣體從變壓器油中脫離出并用氣相色譜法分析，通過(guò)對(duì)這些成份和氣體量分析，就可判斷出產(chǎn)生這些氣體的故障類型和嚴(yán)重程度。變壓器油在正常運(yùn)行老化過(guò)程中，主要產(chǎn)生的氣體是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），但當(dāng)變壓器在運(yùn)行中絕緣存在局部放電時(shí)（如油中氣泡擊穿），變壓器油裂解產(chǎn)生的主要?dú)怏w是氫氣（H2）和甲烷（CH4）。當(dāng)變壓器故障時(shí)，變壓器油溫度高于正常運(yùn)行溫度不多時(shí)，產(chǎn)生的主要?dú)怏w是甲烷（CH4），隨變壓器溫度的升高，乙烯（C2H4）和乙烷（C2H6）逐漸裂解，乙烯（C2H4）和乙烷（C2H6）將成為主要物征氣體；當(dāng)變壓器溫度高于1000℃時(shí)（如在電弧弧道溫度300℃以上），變壓器油加速裂解，產(chǎn)生乙炔（C2H2）氣體速度快，變壓器油中乙炔（C2H2）氣體含量增高，當(dāng)故障涉及到固體絕緣材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），此時(shí)變壓器油中會(huì)含有較高的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。

2　根據(jù)氣體判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)

根據(jù)變壓器油中氣體成分特征的判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)：

（1）當(dāng)C2H2/C2H4≤0.1 0.1＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6＜1時(shí)，屬于變壓器在長(zhǎng)期高溫運(yùn)行下的正常老化。

（2）當(dāng)C2H2/C2H4≤0.1 CH4/H2＜0.1

0.1＜C2H4/C2H6＜1時(shí)，屬于變壓器低能量密度的局部放電，屬于氣體飽和或變壓器油受潮濕度高等原因造成的。

（3）當(dāng)0.1＜C2H2/C2H4＜1CH4/H2＜0.1

0.1＜C2H4/C2H6＜1時(shí)，屬于變壓器高能量密度的局部放電（除含氣空腔的放電），導(dǎo)致變壓器固體絕緣材料的放電痕跡。

（4）當(dāng) 1＜C2H2/C2H4＜30.1＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6＞3時(shí)，屬于變壓器有工頻電流續(xù)流的放電，線圈間或線圈對(duì)地之間放電引起變壓器油的電弧擊穿產(chǎn)生的。

（5）當(dāng) C2H2/C2H4≈3 0.1＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6≈3時(shí)，屬于變壓器低能量的放電，伴隨著放電強(qiáng)度及時(shí)間的增長(zhǎng)，特征氣體的比值逐漸增加到3，變壓器故障可能是連續(xù)火花放電或固體材料擊穿引起變壓器油解裂產(chǎn)生的。

（6）當(dāng) C2H2/C2H4≤0.10.1＜CH4/H2＜1

1＜C2H4/C2H6＜3時(shí)，屬于變壓器故障點(diǎn)溫度低于150℃的熱故障，通常是包有絕緣層的導(dǎo)線過(guò)熱，變壓器特征氣體主要有固體絕緣材料分解產(chǎn)生的。

（7）當(dāng) C2H2/C2H4≤0.11＜CH4/H2＜3

C2H4/C2H6＜1時(shí)，屬于變壓器故障點(diǎn)溫度300℃以下的低溫?zé)峁收稀?/p>

（8） 當(dāng)C2H2/C2H4≤0.11＜CH4/H2＜3

1＜C2H4/C2H6＜3時(shí)，屬于變壓器故障點(diǎn)溫度在300～700℃的中溫?zé)峁收稀?/p>

（9）當(dāng) C2H2/C2H4≤0.11＜CH4/H2＜3

C2H4/C2H6＞3時(shí)，屬于變壓器故障點(diǎn)溫度高于700℃的高溫?zé)峁收稀?/p>

在實(shí)際中，形成7、8、9這三種故障的主要原因可能是磁通引起的鐵芯局部過(guò)熱和放電同時(shí)存在，或有載調(diào)壓變壓器的切換開關(guān)油室滲漏引起的。

3　變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)的分析處理

（1）觀察取的油樣外觀檢查有無(wú)懸浮顆粒，有無(wú)芳香氣味等，根據(jù)變壓器油色譜分析油中溶解的氣體。

（2）跟蹤觀察變壓器故障的發(fā)展趨勢(shì)，如果故障存在的話，那么變壓器油產(chǎn)氣速率將與故障大小，故障部位，故障點(diǎn)的溫度等情況有關(guān)。

（3）當(dāng)變壓器內(nèi)部存在故障時(shí)，通過(guò)變壓器油色譜分析用三比值法，判斷變壓器故障的類型及嚴(yán)重程度。

（4）如果氣體繼電器內(nèi)部存在氣體，將繼電器內(nèi)氣樣的分析結(jié)果與油中取出氣體的分析結(jié)果進(jìn)行比較。

變壓器是電網(wǎng)中的重要設(shè)備之一，雖然配有避雷器、差動(dòng)、接地等多重保護(hù)，但由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電場(chǎng)及熱場(chǎng)不均等諸多因素，事故率仍然很高。根據(jù)以上分析結(jié)果，每臺(tái)變壓器制定一個(gè)良好的維護(hù)、檢查和試驗(yàn)的計(jì)劃，同時(shí)利用先進(jìn)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，加強(qiáng)狀態(tài)維護(hù)模式，不但有助于變壓器獲得最大的使用壽命，顯著地減少變壓器故障的發(fā)生，預(yù)防不可預(yù)計(jì)的電力中斷，有效地避免惡性事故和重大損失，而且可大量節(jié)約經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，使電力供應(yīng)更加安全可靠。