電廠變壓器油色譜異常的分析及處理

張 雷

（華電鄒縣發(fā)電有限公司，山東 鄒城 273500）

0 引 言

在我國經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，人們的生活待遇逐步得到了完善，各種生活需求也隨之增加，其中電力需求的增加是當(dāng)今社會面臨的首要難題，發(fā)電廠也承載著巨大的供電壓力。為了盡快解決這個難題，發(fā)電廠需要盡快完善科學(xué)技術(shù)，優(yōu)化發(fā)電技能，提高管理能力，滿足人們的用電需求。發(fā)電廠在正常作業(yè)過程中，儀器故障是常有之事，但高頻率的故障事件會對正常供電產(chǎn)生不利影響。變壓器是發(fā)電廠作業(yè)過程中極其重要的儀器之一，因此對變壓器加強維護(hù)和管理是保障正常供電的前提。變壓器一般發(fā)生故障時，主要的病變位置是變壓器的油色譜。所以，在電廠變壓器油色譜發(fā)生錯誤時，操作人員需要盡快查找出問題，并進(jìn)行解決，最大可能地保證變壓器的及時運行，不影響發(fā)電廠的正常供電。

1 應(yīng)用油色譜分析故障的原理

變壓器中最重要的絕緣材料主要包括變壓器油及油中存在的有機絕緣材料。其中變壓器油屬于石油的一種餾化產(chǎn)物，包含一些飽和烷烴及芳香族不飽和烴等。而有機絕緣材料的組成成分主要是纖維素。變壓器油和有機絕緣材料的穩(wěn)定性差，在熱和電的作用下會發(fā)生分解。其中烷烴的熔點最低，高溫刺激下最容易被分解，在分解時，大分子烷烴分解成小分子的烷烴。具體氣體種類和施加能量之間的關(guān)系如表1所示。

表1 氣體種類和外施能量關(guān)系表

在變壓器發(fā)生高溫故障的過程中，熱源變壓器油被分解產(chǎn)生大量的CH4和C2H4氣體，這兩種氣體的總量高于總碳?xì)浠衔锏?0%。在溫度高于500 ℃時，C2H4和H2氣體的含量會持續(xù)增加；在溫度高于800 ℃時，開始產(chǎn)生C2H2氣體，含量在C2H4含量的10%以內(nèi)。熱平衡下產(chǎn)生的氣體分壓與溫度之間的關(guān)系如圖1所示。

Halstead雖然依據(jù)熱力學(xué)平衡理論內(nèi)容構(gòu)建了這些氣體分壓與溫度之間關(guān)系的模型，但所述的這種平衡狀態(tài)并不適用于實際故障的處理。不過，內(nèi)容中提到的變壓器故障和熱力學(xué)模擬之間存在的相關(guān)性分析對油色譜預(yù)測變壓器故障的實際溫度還是有利用價值的。

圖1 熱平衡下的氣體分壓與溫度關(guān)系情況圖

在完成變壓器油產(chǎn)生的多種氣體的含量測定后，通過計算各種氣體總量與每種特征氣體的有效比例，就能夠估算出變壓器出現(xiàn)故障的原因以及變壓器未來可能出現(xiàn)的故障類型。這就是利用變壓器油色譜判斷變壓器故障類型的機理[1]。

2 變壓器發(fā)生異常的情況

變壓器是否正常運行與發(fā)電廠能否穩(wěn)定供電息息相關(guān)。因此，為了確保發(fā)電廠能夠安全穩(wěn)定的為人們供電，發(fā)電廠的操作人員應(yīng)該嚴(yán)格按照操作流程和方法，按期排查變壓器的故障部位。只有頻繁的核查，才能避免變壓器故障帶來的安全問題。在對安全問題分析和處理后，留案保存，便于下次變壓器的運行排查和維護(hù)。平時的檢修工作可以實現(xiàn)對變壓器運行情況的大致分析，并且人為因素和儀器故障是導(dǎo)致變壓器油色譜出現(xiàn)錯誤的主要原因。維修人員在檢查變壓器時，及時查找出導(dǎo)致循環(huán)電流發(fā)生故障的因素。若發(fā)現(xiàn)故障因素是由磁回路故障引起的，就需要停電進(jìn)行大范圍檢修，盡快排查變壓器油色譜錯誤的原因和故障部位。發(fā)電廠變壓器的檢查和維修工作要求嚴(yán)格，工作量大，工作人員需要當(dāng)場檢查出故障問題并進(jìn)行維修處理，在檢查過程中，油色譜分析技術(shù)在幫助排查變壓器故障時具有重要意義。此外，在對電廠變壓器油色譜進(jìn)行分析時發(fā)現(xiàn)，工作人員在變壓器真空載氣時進(jìn)行油色譜信息采集的速度要快，能實現(xiàn)高效率地找出故障原因和部位[1]。

3 電廠變壓器油色譜異常的處理方法

目前，人工鉀能技術(shù)日趨成熟，實際應(yīng)用范圍也日漸廣泛。我國在進(jìn)行變壓器油色譜分析時已經(jīng)將人工鉀能技術(shù)滲透其中，主要是通過鉀能化軟件實現(xiàn)對變壓器油色譜錯誤情況的具體分析。操作人員利用鉀能軟件分析得到的實驗數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)故障部位，提高了變壓器故障解決的工作效率，實現(xiàn)了發(fā)電廠的正常供電。

實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，變壓器油色譜發(fā)生錯誤且部分微量金屬元素含量不一致時，一般會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部鐵芯通電失敗，阻礙變壓器的穩(wěn)定運行，從而影響到電廠的電路運行。這時，工作人員就應(yīng)該及時和儀器廠家聯(lián)系，由廠家派工程師過來維修或者回廠重修。

在電廠變壓器的油色譜信息出現(xiàn)錯誤時，對潛油泵進(jìn)行核查是首先要進(jìn)行的工作。潛油泵出現(xiàn)故障也會導(dǎo)致變壓器油色譜出現(xiàn)錯誤，所以在變壓器出現(xiàn)油色譜錯誤后，要盡快排查潛油泵是否是引起油色譜錯誤的主要因素。在潛油泵的溫度逐漸增加或者長時間高溫刺激時，潛油泵周圍油的性質(zhì)就開始變化，時間久后就會出現(xiàn)油裂現(xiàn)象，明顯降低變壓器的工作效率。在對潛油泵的運行情況進(jìn)行排查時，最常用的是超聲波檢測法。超聲波檢測法對潛油泵有一定的保護(hù)作用，可以準(zhǔn)確找到潛油泵故障形成的因素和詳細(xì)部位。這種檢測法應(yīng)用在油泵檢查中可以顯著提高變壓器穩(wěn)定運行的效率。變壓器中潛油泵發(fā)生故障的因素往往在于變壓器內(nèi)部遺留的金屬渣粒摩擦。對變壓器進(jìn)行檢查維修時，若是排查出潛油泵問題，維修人員可以替換新的，然后進(jìn)行監(jiān)測。若是更換后潛油泵開始正常運行，并且持續(xù)穩(wěn)定，則表示更換方案可行。若是更換后潛油泵依然無法正常工作，就說明故障問題不在此處，還要仔細(xì)核查潛油泵的其他部位[2]。

4 實例分析

2017年8 月，國內(nèi)某火力發(fā)電廠在預(yù)測前期1號主變壓器試驗時覺察出了變壓器油色譜分析的非正常情況，具體的色譜分析比較數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄在數(shù)據(jù)庫中。

經(jīng)觀察數(shù)據(jù)可知，變壓器油中氣體如H2、CH4、C2H4，以及總烴的總含量有大幅度增加。這說明目前變壓器故障導(dǎo)致的不利影響也在持續(xù)擴大。具體分析如下，H2和C2H2氣體含量的增加表示變壓器出現(xiàn)了溫度過高或者放電型故障。CH4和C2H4氣體含量的增加表示出現(xiàn)了溫度過高或者接觸不良現(xiàn)象。CO和CO2氣體儲存量的上升表示固體絕緣材料的基本功能缺失。分析排除各種因素后可知，這種故障原因應(yīng)該是溫度過高導(dǎo)致的，需要檢查接頭是否焊接完整、夾具螺釘是否生銹或松動、開關(guān)是否接觸不良或者短路等。

依據(jù)排查結(jié)果，操作人員給出試驗數(shù)據(jù)后確定故障原因是電站暫無法滿足生產(chǎn)要求。即原因在于變壓器的低壓范圍內(nèi)的導(dǎo)電桿和電線上的鍍銅之間連接的螺栓出現(xiàn)了松動。更換新的螺栓便可以解決導(dǎo)電桿和螺栓的故障問題。在更換結(jié)束后，在電路中通入直流電阻來檢測故障是否完全消失。

5 結(jié) 論

變壓器的正常工作是發(fā)電廠安全生產(chǎn)的首要前提。所以，在對工作人員進(jìn)行培訓(xùn)時，變壓器進(jìn)行定期檢查和維護(hù)是一項重要的培訓(xùn)內(nèi)容。變壓器一旦在工作中發(fā)生故障，就增加了維修難度。因此，在工作開展前期，工作人員需要認(rèn)真檢查變壓器的油色譜變化，對變壓器的運行狀況做出詳細(xì)的分析和判斷，確定無誤后才能開展工作。這種工作方式雖然較為繁瑣，但能夠最大程度地降低變壓器的維修成本以及經(jīng)濟損失，也減少了工作過程中的維修時間，保障了變壓器穩(wěn)定運行的效率和安全。