變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常的原因分析及處理研究

施家煒，劉璨

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201400）

隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，各行各業(yè)對(duì)于電力的需求持續(xù)增長(zhǎng)，供電企業(yè)需要不斷提升自身的專業(yè)技術(shù)，加強(qiáng)電力設(shè)備尤其是電力變壓器的運(yùn)維管理，以提高電力系統(tǒng)供電的可靠性。因此，深入探究變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常原因，確保通過科學(xué)有效的技術(shù)手段，及時(shí)排查電力變壓器在運(yùn)行中存在的隱患，提升相關(guān)運(yùn)維人員的專業(yè)技能水平，促進(jìn)電力變壓器高效、有序地運(yùn)行。

1 變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常原因分析

1.1 故障原因分析

電力變壓器穩(wěn)定運(yùn)行，能夠有效提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，要想優(yōu)化變壓器運(yùn)行效率，相關(guān)工作人員必須嚴(yán)格按照運(yùn)維管理流程，定期開展變壓器的檢查維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的隱患。盡可能減少因人為失誤造成變壓器故障，檢修人員在具體檢修過程中，需要做好全面的檢修工作，及時(shí)找出故障點(diǎn)，必要時(shí)，停電進(jìn)行作業(yè)。由于變壓器內(nèi)部隱患發(fā)現(xiàn)難度較大，往往需要通過間接分析法對(duì)變壓器進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，因此，變壓器的油色譜能更好地幫助檢修人員分析變壓器內(nèi)部運(yùn)行工況。為確定變壓器內(nèi)部的發(fā)熱現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，檢修人員可以通過油色譜分析結(jié)果采取具有針對(duì)性的電氣試驗(yàn)。在實(shí)際檢修中發(fā)現(xiàn)，變壓器的三相直阻平衡情況良好，則可排除變壓器分接開關(guān)接觸不良的問題；通過變壓器的絕緣測(cè)試，排除了因變壓器負(fù)荷過高產(chǎn)生的熱故障，檢修人員對(duì)變壓器鐵芯電流測(cè)試發(fā)現(xiàn)，鐵芯的接地電流超過常規(guī)值，因此，可判斷變壓器鐵芯存在接地故障；觀察鐵芯罩發(fā)現(xiàn)，變壓器底存在黑色顆粒，經(jīng)過研究人員分析發(fā)現(xiàn)，黑色顆粒中含有金屬成分，并且此項(xiàng)成分是引起變壓器故障的主導(dǎo)因素。

由于變壓器線圈壓鐵是一塊后4cm、半徑為1.1m的鐵芯。當(dāng)電力系統(tǒng)變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中，線圈會(huì)產(chǎn)生不同程度的懸浮電壓，當(dāng)變壓器遭受到外部短路故障時(shí)，會(huì)受到較大的電動(dòng)力，一定程度上縮短了穿芯螺栓與鋼壓圈之間的爬電距離，鋼壓圈上會(huì)產(chǎn)生較高的懸浮電壓，產(chǎn)生放電現(xiàn)象，在懸浮電壓不斷增加的前提下，會(huì)形成多個(gè)放電點(diǎn)，進(jìn)而分解變壓器的油，分解出大量的乙烷、乙烯、氫氣等氣體，導(dǎo)致變壓器的油色譜數(shù)據(jù)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，相關(guān)人員需要就具體問題進(jìn)行分析和診斷。具體故障表現(xiàn)為：

（1）油箱之間相通故障。以某變電站為例，根據(jù)變壓器油色譜實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，油箱中含有大量的CH2H等，通過實(shí)驗(yàn)分析，CH2H含量不斷增長(zhǎng)，可判斷為放電現(xiàn)象導(dǎo)致的故障問題，相關(guān)人員，通過三比值法進(jìn)行分析油箱中C2H4/C2H6含 量 為2.5，C2H4/H2為0.18μL/L，C2H4/C2H6為5.66μL/L，三比值的結(jié)果為105，按照色譜分析判斷結(jié)果為低能放電。因此，可以分析出變壓器故障隱患為變壓器分接頭與油隙散絡(luò)、調(diào)壓油箱之間相通的故障。檢查人員在實(shí)際檢查中發(fā)現(xiàn)，部分有載開關(guān)油箱中的油位出現(xiàn)下降現(xiàn)象，間隔一段時(shí)間發(fā)現(xiàn)，油箱油位逐漸上升，因此，可判斷為主變本體存在漏油的現(xiàn)象，相關(guān)檢修人員，需要將有載開關(guān)儲(chǔ)油柜開關(guān)進(jìn)行檢查，分析是否存在漏油點(diǎn)，最終判斷有載開關(guān)油箱與主變油箱的密封效果不理想，影響了變壓器油體色譜異常的現(xiàn)象。

（2）特征氣體法故障分析。由于變壓器自身材料屬性因素，絕緣紙成分主要是碳水化合物，在熱故障的處理下，通常會(huì)分解出H2和CH4、C2H6、C2H4等，增加了變壓器的碳?xì)渚酆衔锖?，基于出現(xiàn)的這些的氣體，能夠幫助檢修人員有效判斷電氣設(shè)備內(nèi)部故障，故稱為特征氣體；當(dāng)涉及固體絕緣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生CO、CO2，基于不同的特征氣體組成的含量不盡相同，相關(guān)檢修人員，可以根據(jù)特征氣體的種類和含量，具體分析故障原因。對(duì)于放電性故障，在放電氣體中可以檢測(cè)到C2H2，C2H4含量大于CH4；通過結(jié)合變壓器油色譜分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不存在C2H2，C2H4含量小于CH4；那么，根據(jù)相反的檢測(cè)結(jié)果，可判斷變壓器存在放電故障、電弧放電故障。

1.2 故障原因判斷

第一，相關(guān)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，需要與油箱中與油溶解的氣體硫含量的注意值進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)氣體的濃度達(dá)到氫注意值150ppm時(shí)，檢修人員必須高度重視，詳細(xì)查明原因。第二，注意值在參考方面具有一定的參考價(jià)值，然而，受油中氣體含量、變壓器容量、變壓器運(yùn)行方式、運(yùn)行周期等因素影響，研究人員需要具體分析結(jié)果的精準(zhǔn)性，并進(jìn)一步地診斷變壓器故障程度，確保制定出具有針對(duì)性的解決措施。同時(shí)，故障診斷人員，需要充分考慮產(chǎn)氣速率的影響，進(jìn)而更好地確定變壓器的故障問題，為故障性質(zhì)做出更好的評(píng)估、判斷。由于產(chǎn)氣速率直接關(guān)系到變壓器故障能量的大小、故障位置、故障點(diǎn)溫度等，因此，故障診斷人員在具體分析進(jìn)行診斷過程中，需要結(jié)合而具體情況進(jìn)行分析。

2 故障處理研究

2.1 應(yīng)用油色譜分析故障的原理

電力系統(tǒng)變壓器由絕緣材料組成，變壓器的油是石油分離的產(chǎn)物，主要的成分為烷烴、芳香族不飽和烴等化合物組成，有機(jī)材料一般由纖維素組成。在熱電作用下，變壓器材料呈現(xiàn)逐漸老化和分解的情況，其中，烷烴成分的熱穩(wěn)定性較差，在高溫情況下，容易裂化，同時(shí)，在裂化的過程中繼續(xù)分裂為小分子的烷烴、烯烴、CO、CO2。檢修人員在檢查變壓器故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)熱故障時(shí)，發(fā)現(xiàn)變壓器油分解出C2H4和CH4，兩種分子的重量在碳?xì)浠衔锏?5%以上；當(dāng)溫度在550℃以上時(shí)，C2H4和H2急劇上升，占據(jù)較大的比例；當(dāng)溫度達(dá)到800℃以上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較少量的C2H2，最大含量小于C2H4，具體的關(guān)系表現(xiàn)為（如圖1）。因此，可判斷變壓器油中的各種氣體含量，能夠?yàn)樽儔浩鞴收显\斷提供科學(xué)的原理依據(jù)。

圖1 熱平衡下的氣壓溫度關(guān)系

2.2 電力系統(tǒng)變壓器油色譜異常處理方法

在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的支持下，研究人員逐漸將人工智能方法，應(yīng)用于變壓器油色譜分析中，確保為人員分析提供智能化幫助，提高數(shù)據(jù)提取的精確性，為故障檢修人員提供便利條件，進(jìn)而提高檢修的工作效率，在智能技術(shù)的支持下，大大提升了變壓器檢修質(zhì)量和效果，最大化保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，變壓器的油色譜出現(xiàn)異常，與其中微量金屬含量大小有關(guān)，甚至造成鐵芯短路等問題的發(fā)生，嚴(yán)重影響了變壓器的運(yùn)行效果，制約了電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。為更好地提升變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性，有關(guān)檢修人員必須嚴(yán)格檢查油泵情況，及時(shí)判斷故障具體分析故障發(fā)生的主要原因，結(jié)合油色譜進(jìn)行具體問題具體分析，尤其變壓器出現(xiàn)油色譜異常問題，相關(guān)人員需要做出明確的判斷，加強(qiáng)故障排查，確保在最短時(shí)間內(nèi)，解除故障問題，保證電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性。

通常，潛油泵會(huì)出現(xiàn)局部溫度升高的現(xiàn)象，甚至長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)，此時(shí)，將油泵接觸油箱時(shí)，會(huì)發(fā)生很大的變化，嚴(yán)重影響變壓器的正常運(yùn)行，部分研究人員，在實(shí)踐中采用的是超聲波檢查的方法，盡可能減小對(duì)油泵的損傷，更好地分析潛油泵故障發(fā)生的原因，并具體診斷故障因素，判斷故障發(fā)生的位置，確保故障檢修人員在第一時(shí)間制定出檢修措施。通過超聲波故障檢測(cè)方法，能夠有效提升變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性，檢修人員通過更換不同的檢測(cè)方案，保證變壓器安全、可靠運(yùn)行。

以某一電力系統(tǒng)為例，在發(fā)現(xiàn)變壓器出現(xiàn)油色譜數(shù)據(jù)異常問題時(shí)，進(jìn)行具體的分析，實(shí)際檢查中發(fā)現(xiàn)，變壓器油色譜數(shù)據(jù)在異常狀態(tài)下，變壓器中的油中存在大量的H2、CH4、C2H4等，檢查人員判斷變壓器故障形勢(shì)比較嚴(yán)峻，當(dāng)H2、CH4含量增加到一定的注意值時(shí)，變壓器將出現(xiàn)熱故障和放電故障，會(huì)產(chǎn)生大量的CH4、C2H4氣體等，將引發(fā)嚴(yán)重的線路接觸不良等故障，同時(shí)，在實(shí)際數(shù)據(jù)提取中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)CO、CO2氣體含量不斷增加的情況下，將發(fā)生變壓器固體絕緣下料熱分解現(xiàn)象，主要的故障表現(xiàn)為接頭未焊接，夾具的螺釘出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象，甚至線路短路。相關(guān)運(yùn)維人員，通過油色譜數(shù)據(jù)分析，可具體判斷出故障發(fā)生的主要原因是，電力系統(tǒng)的電站未達(dá)到供電標(biāo)準(zhǔn)。需要作業(yè)人員及時(shí)擰緊螺釘、更換導(dǎo)電桿等，更好地排除故障隱患。

3 結(jié)語

綜上所述，電力系統(tǒng)變壓器油箱中的氣體含量、成分等，存在較多的故障風(fēng)險(xiǎn)，容易發(fā)生放電故障、熱故障等，相關(guān)人員，需要加強(qiáng)故障預(yù)防能力，做好預(yù)防性實(shí)驗(yàn)方案，加強(qiáng)對(duì)細(xì)節(jié)故障的預(yù)防，確保在變壓器油色譜異常數(shù)據(jù)分析下，更好地判斷變壓器故障，制定科學(xué)合理的解決方案，同時(shí)，要加大先進(jìn)信息技術(shù)在變壓器油色譜數(shù)據(jù)異常分析中的應(yīng)用，提升故障診斷結(jié)果的精確性。