絕緣油氣相色譜分析處理電力變壓器故障

柴金慧

（長(zhǎng)春供電公司，吉林長(zhǎng)春 130041）

變壓器是電力系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，是用于變換電壓、電流，進(jìn)行傳輸交流電能的一種電氣設(shè)備，其基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行傳輸電能。結(jié)合變壓器用途的差異，其有電力、試驗(yàn)、儀用及特殊用途的變壓器之分，其中電力變壓器是電力系統(tǒng)輸配電、電力用戶(hù)實(shí)現(xiàn)配電的基礎(chǔ)裝置[1]。電力變壓器是否能實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行，直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行效率及效益創(chuàng)造情況，當(dāng)下業(yè)內(nèi)人員積極探究處理變壓器常見(jiàn)故障問(wèn)題的可靠方法，氣相色譜分析法憑借自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)脫穎而出，其不僅能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的故障隱患因素，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)故障發(fā)展情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1 概述

1.1 絕緣油

烴類(lèi)物質(zhì)是絕緣油的主要構(gòu)成，內(nèi)含烷基、烯基、炔基等諸多化學(xué)基團(tuán)，且基于C—C鍵被結(jié)合在一起。電力設(shè)備運(yùn)行階段突發(fā)電或熱故障時(shí)會(huì)造成絕緣油的一些C—C鍵或C—H鍵發(fā)生斷裂，歷經(jīng)一系列復(fù)雜反應(yīng)后會(huì)生成H2與低分子烴類(lèi)氣體或碳的固體顆粒、大分子聚合物等[2]。

1.2 氣相色譜分析

氣相色譜法是選用氣體作為流動(dòng)相的色層分離分析手段。流動(dòng)相將氣化的試樣整合至色譜柱內(nèi)，柱內(nèi)儲(chǔ)有的固定相和試樣內(nèi)各組分分子作用力存在差異，導(dǎo)致不同組分由色譜柱內(nèi)流出時(shí)間有差異，進(jìn)而達(dá)到分離不同組分的目標(biāo)。應(yīng)用適宜的鑒定與記錄系統(tǒng)，精準(zhǔn)制作、標(biāo)出不同組分外流出色譜柱的具體時(shí)間與濃度的色譜圖。依照?qǐng)D內(nèi)標(biāo)注的出峰時(shí)間與先后順序，分析化合物的性質(zhì)；基于出峰的高低與面積大小，實(shí)現(xiàn)化合物的定量分析，具有效能高、靈敏度高、選擇性強(qiáng)、分析快速、運(yùn)用范圍寬廣、操作流程簡(jiǎn)易等特征，在定量、定性分析易揮發(fā)有機(jī)化合物領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的適用性。實(shí)踐中如果面對(duì)的是非揮發(fā)性的液體與固體物質(zhì)，可以配合應(yīng)用高溫裂解工序，氣化處理后再行分析?？梢試L試聯(lián)合使用氣相色譜和紅光吸收光譜法，將色譜法作為分離組分復(fù)雜試樣的技法，能進(jìn)一步提升分離的精準(zhǔn)度。具體判斷方法與執(zhí)行步驟如下：

（1）色譜法檢測(cè)出油樣與游離氣體內(nèi)各組分的濃度；

（2）應(yīng)用各組分的分配系數(shù)（Ki）將游離氣體內(nèi)各組分的濃度換算成平衡狀態(tài)下的油內(nèi)被溶解氣體的理論值（Cil），換算公式如下[3]：

式中：Cig代表的是游離氣體組分i的濃度測(cè)定值（μL/L）。

（3）對(duì)比上式測(cè)算出的i組分在油樣內(nèi)濃度的理論值和實(shí)測(cè)值，若兩者近似相等，那么可以推測(cè)出存在著如下兩點(diǎn)可能：一是特征氣體內(nèi)各組分濃度都很低，提示變壓器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)正常，此時(shí)技術(shù)人員應(yīng)積極探查這些非故障氣體的始源或電氣報(bào)警的具體原因；第二種是一些特征氣體的組分濃度相對(duì)較高，并且油樣內(nèi)被溶解氣體濃度的實(shí)測(cè)值稍高大于理論值，則預(yù)示著變壓器設(shè)備內(nèi)存有產(chǎn)氣較緩慢的潛在故障問(wèn)題；若理論值顯著高實(shí)測(cè)值，則代表釋放出很多氣體，變壓器中存有生成氣體過(guò)快的故障。

2 故障實(shí)例

2.1 異?，F(xiàn)象

某變電站2#主變?yōu)?006年6月出廠(chǎng)，并于當(dāng)年年底投產(chǎn)運(yùn)行，型號(hào)為SFZ-75000/110型、75000kV/A變壓器，2011年曾進(jìn)行吊罩大修。2017年7月12日，在例行試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)2#主變油溶解氣體內(nèi)H2、CO、CO2含量依次約為141μL/L、372μL/L與3 851μL/L，烴量總值1 064μL/L，明顯高于現(xiàn)行規(guī)范內(nèi)規(guī)定的特征氣體注意值（H2、C2H2、總烴分別為150μL/L、5μL/L、150μL/L）。鑒于以上情況，有關(guān)人員迅速采取措施加大巡檢力度并加設(shè)紅外測(cè)溫裝、縮短主變絕緣油色譜監(jiān)測(cè)周期以監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀況。在后續(xù)幾個(gè)月的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，油色譜總烴、H2、CO、CO2含量都顯著增加，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 故障處置前2#主變絕緣油氣相色譜分析數(shù)據(jù) 單位：μL/L

2.2 問(wèn)題分析

分析表1內(nèi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況，不難發(fā)現(xiàn)CO2、CH4、C2H4是2#主變油樣內(nèi)的主要?dú)怏w，C2H6、CO與H2次之，與油和紙過(guò)熱狀態(tài)下的特征氣體基本吻合。以2018年9月19日分析所得數(shù)據(jù)為例，基于三比值法分析、判斷故障形成的原因，C2H4/C2H2=O，CH4/H2≈4.04，C2H4/C2H6≈2.00，依照三比值法編碼規(guī)則，編碼組合是021，參考故障類(lèi)別是中溫過(guò)熱（300～700℃）。主變?cè)嚇佑蛢?nèi)氣體總烴及CO、CO2含量均處于較高水平，CO2/CO≈13.65＞7，依照CO、CO2既有的判斷規(guī)則，可以初步推導(dǎo)出故障成因和固體絕緣情況有一定關(guān)系的結(jié)論。

2.3 故障處理

經(jīng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員多次論證以及上報(bào)專(zhuān)業(yè)管理部門(mén)審核批準(zhǔn)后，最后決定將該設(shè)備返廠(chǎng)進(jìn)行吊芯檢查。2018年10月上旬，設(shè)備運(yùn)回至廠(chǎng)家，吊罩逐一試驗(yàn)檢測(cè)變壓器高、低壓側(cè)對(duì)應(yīng)的直流電阻，整體檢查變壓器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。在檢查變壓器頂端時(shí)，肉眼觀(guān)察鐵芯接地聯(lián)片中間位置出現(xiàn)了十分顯著的凹入情況，并且和鐵芯裝置緊緊貼靠在一起。聯(lián)片外周有絕緣紙嚴(yán)密包裹，中間局部絕緣紙已經(jīng)烤焦，局部掉落，接地聯(lián)片燒掉面積已經(jīng)超過(guò)了2/3[4]。

依照既有技術(shù)規(guī)范，要求鐵芯接地引出聯(lián)片僅能有單處與鐵芯構(gòu)建的是連接關(guān)系，因?yàn)?#主變?cè)O(shè)備配置的聯(lián)片相對(duì)較長(zhǎng)，緊緊貼靠于鐵芯副級(jí)表層，盡管其外層整體包裹著絕緣，但生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)首次安裝后，大修重裝階段屢次牽拉、扯動(dòng)操作均可能對(duì)絕緣層造成不同程度的損傷。并且變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鐵芯本體也會(huì)出現(xiàn)一定振動(dòng)現(xiàn)象，鐵芯副級(jí)表層銳利的尖角漸進(jìn)式的損壞絕緣層，這是導(dǎo)致鐵芯接地引出聯(lián)片與鐵芯各級(jí)兩點(diǎn)相連的主要原因之一[5]。鐵芯主、副級(jí)兩者形成的電勢(shì)差造成鐵芯接地聯(lián)片和鐵芯各級(jí)之間分別形成了循環(huán)電流，相互作用形成的焦耳熱促進(jìn)了絕緣層炭化過(guò)程，最后造成接地聯(lián)片構(gòu)件局部被燒毀。接地聯(lián)片發(fā)熱造成絕緣油氧化、分解，析出超出注意值含量的特征氣體，若故障繼續(xù)發(fā)展下去，鐵芯聯(lián)片構(gòu)件將被燒毀、斷裂，引起的直接后果是鐵芯沒(méi)有正常的接地點(diǎn)，給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行埋下諸多隱患，鑒于以上情況，應(yīng)盡早更換新的鐵芯接地聯(lián)片，而后進(jìn)行真空濾油處理，規(guī)范地回裝設(shè)備。

3 效果觀(guān)察

2018年11月，2#主變投入運(yùn)行，試驗(yàn)人員嚴(yán)格按照規(guī)程要求的試驗(yàn)周期開(kāi)展試驗(yàn)，應(yīng)用氣相色譜儀檢測(cè)分析主變絕緣油內(nèi)氣體組分，觀(guān)察檢測(cè)所得數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2），不難發(fā)現(xiàn)2#主變經(jīng)檢查、維修處理后，總烴、H2、CO、CO2等含量均存在著一個(gè)緩緩上升的過(guò)程，當(dāng)總烴含量上升至故障處理前的10%以后，基本呈現(xiàn)出穩(wěn)定的特征，隨后開(kāi)始緩緩下滑。以上呈現(xiàn)出的這種變化趨勢(shì)符合設(shè)備特征氣體緩釋規(guī)律，據(jù)此可以基本判斷出內(nèi)部故障問(wèn)題被消除，當(dāng)下2#主變?cè)O(shè)備整體運(yùn)行狀況較好[6]。

表2 故障解除后2#主變絕緣油氣相色譜分析數(shù)據(jù) 單位：μL/L

4 結(jié)束語(yǔ)

規(guī)范使用絕緣油氣相色譜分析方法，能較快速判斷變壓器設(shè)備內(nèi)部的發(fā)熱故障，通過(guò)采取相應(yīng)措施，防止缺陷持續(xù)發(fā)展、蔓延，規(guī)避了變壓器由于鐵芯無(wú)法接地而產(chǎn)生的燒毀問(wèn)題。變壓器作為電力系統(tǒng)內(nèi)的主要設(shè)備，若因突發(fā)故障而停運(yùn)、大修，不僅會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，消耗過(guò)高的時(shí)間與人力成本，還會(huì)危害電網(wǎng)健康穩(wěn)定運(yùn)行，故相關(guān)部門(mén)應(yīng)善于應(yīng)用小修周期，有針對(duì)性地進(jìn)行預(yù)防性檢修，力爭(zhēng)將供電損失量降到最低。