一起基于油色譜分析的變壓器過熱故障分析

王 政，郭 峰，楊 錕，趙恒偉，馬霄霖

（國網山東省電力公司濱州供電公司，山東 濱州 256600）

0 引言

電力變壓器在運行中，當其內部存在電弧、放電、過熱等情況時，其絕緣油會分解產生故障特征氣體。特征氣體的成分、含量和增長速率與主變壓器內部缺陷類型及嚴重程度有緊密關聯，通過對特征氣體的監(jiān)測，可以分析變壓器的運行狀況，進而實現對其內部狀況的實時掌握。油色譜分析結合電氣試驗能夠及時發(fā)現變壓器運行中可能存在的隱患［1-2］。在變壓器的綜合故障診斷中，以油色譜分析為主線的潛伏性故障診斷是一種有效的方法。本文結合一起220 kV 主變壓器絕緣油中總烴超標缺陷進行綜合診斷，對類似缺陷的診斷及檢修處理具有一定的參考意義。

1 缺陷概述

某220 kV 變電站2 號主變壓器型號為SFSZ11-240000／220，出廠日期為2016 年9 月，投運日期為2017 年3 月。2 號主變壓器投運之后，油色譜在線監(jiān)測裝置測試的變壓器油中溶解氣體數值保持穩(wěn)定。2019 年6 月以來，油色譜在線裝置檢測到乙烯、總烴含量出現增長，如圖1 所示，其中C2H2的濃度接近于0。隨即縮短例行檢測周期，加強對該主變壓器進行本體油色譜分析，如表1 所示。并與油色譜在線監(jiān)測裝置數據進行對比，如表2 所示，發(fā)現數據變化趨勢基本一致。2019 年11 月7 日，離線色譜總烴含量達到168.99 μL／L，大于DL／T 393—2010《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》 中規(guī)定的總烴注意值150 μL／L。隨后，2019 年11 月8 日、9 日、10 日分別對該主變壓器本體取油樣進行色譜跟蹤分析，結果顯示總烴含量持續(xù)增長。

試驗人員對2 號主變壓器進行紅外測溫，未發(fā)現2 號主變壓器本體存在局部溫度過高情況。對2號主變壓器鐵芯、夾件接地電流檢測，鐵芯接地電流為3 mA，夾件接地電流為6.5 mA，對比其歷史數據未發(fā)現明顯變化，滿足DL／T 393—2010《輸變電設備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中規(guī)定的不超過100 mA 的要求。因此初步排除變壓器存在鐵芯、夾件多點接地的可能性。

圖1 2 號主變壓器油色譜在線監(jiān)測數據趨勢

2 油色譜試驗數據分析

運用三比值法對缺陷類型分析，得到三比值編碼如表3 所示。

參考DL／T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，計算三比值編碼為（0，2，2），表明主變壓器內部存在高于700 ℃高溫的過熱缺陷，內部可能存在引線接頭焊接不良或夾件螺絲松動、分接開關接觸不良、繞組層間絕緣不良、渦流引起銅過熱、局部短路、鐵芯漏磁、鐵芯多點接地等故障［3］。

當變壓器存在缺陷故障時，伴隨其內部缺陷部位溫度的不斷上升，絕緣油裂解產生的各種烴類氣體按CH4—C2H6—C2H4—C2H2的順序推移，而且當溫度較低時，發(fā)生局部放電的離子不斷碰撞游離會有H2的出現，這就是四比值法的提出依據。四比值法的基本原理可以歸納為： 四比值法在三比值法C2H2／C2H4、CH4／H2、C2H4／C2H6的基礎上增加了一個比值C2H6／CH4，該方法對磁回路、導電回路的過熱性缺陷的判定有較高的準確度。

表1 2 號主變壓器取本體油樣進行色譜試驗數據 μL／L

表2 2 號主變壓器油色譜在線監(jiān)測裝置數據 μL／L

表3 三比值法編碼計算

對2 號主變壓器進行缺陷分析時，三比值法與四比值法進行綜合分析，可判斷過熱故障存在于導電回路還是磁回路中。通過計算分析，1＜CH4／H2＜3，C2H6／CH4＜1，C2H4／C2H6≥3，C2H2／C2H4＜0.5，表明變壓器的磁回路中存在過熱性缺陷［4］。

3 停電試驗檢查分析

對2 號主變壓器進行停電，并進行主變壓器診斷性試驗。修前試驗項目包括：測量變壓器主體及鐵芯、夾件的絕緣電阻，測量高、中、低壓線圈直流電阻，重點測試高壓運行分接。測試數據如表4—表6所示。

表4 2 號主變壓器高壓側繞組各分接位置直流電阻測試數據

表5 2 號主變壓器中、低壓側繞組直流電阻測試數據

表6 2 號主變壓器繞組、鐵芯及夾件絕緣電阻測試數據

通過試驗分析，變壓器繞組直流電阻、絕緣電阻數值合格，鐵芯、夾件絕緣電阻數值合格，因此排除導電回路存在缺陷可能性。

4 缺陷處理及原因分析

對2 號主變壓器進行現場內檢，內檢前將主變壓器放油，將儲油柜、片式散熱器與主體之間的閥門全部關閉，只排出主體的油，連接排油管路，排油至下節(jié)油箱。排油前將濾油機，油罐清理干凈，不能對油進行二次污染。排油完成后將變壓器套管及人孔位置灰塵清理干凈。打開人孔蓋板與上部定位，讓空氣流通30 min，檢查人員從人孔進入油箱內部，開始內部檢查。主要檢查變壓器油箱內部（鐵芯裝配及高低壓側引線）所有金屬螺栓及鎖片緊固情況，并對所有螺栓重新進行緊固，在檢查中發(fā)現變壓器低壓側BC 相串聯電抗器固定拉桿螺栓螺母處有輕微燒傷痕跡，如圖2 所示，拉桿位置如圖3 所示，初步確定為發(fā)熱點。隨后對疑點進行拆解，拆下平墊片1 枚，螺母2 枚，如圖4 所示。目視檢查發(fā)現，平墊片和2 枚螺母都有明顯燒蝕痕跡，產生結構破損。故障部件的特征符合發(fā)熱缺陷的特征，與前期判斷結論相符。檢修人員將拉桿拆下后發(fā)現拉桿兩側螺紋及絕緣墊塊均燒傷變形，如圖5、圖6 所示。

圖2 拉桿螺栓螺母輕微燒傷

圖3 鐵芯電抗器拉桿位置

圖4 拉桿兩側平墊片與螺母損壞情況

圖5 燒傷的電抗器鐵芯拉桿

圖6 絕緣墊塊燒傷變形

該缺陷變壓器為高阻抗型，內部低壓繞組串聯電抗器［5］，根據故障部位結構、損毀部件特征分析，電抗器鐵芯拉桿絕緣端墊塊絕緣能力降低導致接地，與鐵芯永久接地點形成環(huán)流，進而引起電抗器鐵心拉桿兩側固定螺栓墊片發(fā)熱導致絕緣油產生氣體。

現場更換燒傷的拉桿、墊片、絕緣墊，然后對變壓器內部再次進行全面排查，未見其他問題。

復裝完成后進行修后試驗：繞組直流電阻測試，變比測試，主體介損測試，主體及鐵芯夾件絕緣電阻測試，耐壓、局部放電試驗［6-7］。各項試驗數據均合格，并重新投入運行，投運后對其取油樣進行色譜跟蹤檢測，檢測數據如表7 所示，數據穩(wěn)定且符合相關標準，缺陷消除，充分說明了缺陷診斷分析及處理的正確性。

表7 2 號主變壓器檢修投運后色譜試驗跟蹤檢測數據 μL／L

5 結語

油色譜在線監(jiān)測裝置是監(jiān)測變壓器運行中內部缺陷的重要手段，同時與離線油樣色譜微量氣體分析結合，對H2、CH4、C2H2、總烴等特征氣體的變化趨勢進行分析比較，可對變壓器內部存在缺陷的嚴重程度及類別進行診斷分析。對變壓器內部發(fā)生的過熱故障判斷分析較復雜，故障類型與部位有緊密聯系。通過以油色譜試驗分析為主線，輔助以鐵芯及夾件接地電流檢測、繞組直流電阻、鐵芯及夾件絕緣電阻等電氣試驗和紅外測溫，對變壓器內部存在的過熱缺陷進行綜合分析診斷，對類似缺陷的處理具有一定的借鑒意義。