一起750kV主變C相絕緣油色譜異常原因分析

董杰

（國(guó)網(wǎng)青海省電力公司檢修公司，青海西寧 810003）

0.引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心變電設(shè)備，其制造工藝復(fù)雜、造價(jià)高昂，若發(fā)生變壓器損壞事故，造成的經(jīng)濟(jì)損失無(wú)法估量。變壓器由鐵芯、繞組、絕緣材料、分接開關(guān)、套管等組成，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，常規(guī)的帶電檢測(cè)和例行試驗(yàn)較難發(fā)現(xiàn)潛伏性故障。變壓器內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時(shí)，通常會(huì)造成絕緣件或變壓器油分解，產(chǎn)生的氣體溶解于變壓器本體絕緣油中，絕緣油色譜試驗(yàn)可對(duì)變壓器潛伏性故障進(jìn)行早期的診斷分析。

1.變壓器產(chǎn)氣基理

1.1 絕緣油分解

絕緣油是由烷烴、環(huán)烷烴或芳香烴組成的混合物。在放電或發(fā)熱故障的作用下使C-C鍵或C-H鍵斷裂，產(chǎn)生的氫原子或自由基通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)重新結(jié)合，形成氫氣和烴類氣體，如乙炔、乙烯、乙烷、甲烷等氣體。鍵能反應(yīng)化學(xué)鍵原子間結(jié)合的強(qiáng)度，鍵能越高，分子越穩(wěn)定。具有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔镌诟邷叵碌姆€(wěn)定性也不同，所產(chǎn)生烴類氣體的不飽和度隨溫度的增加而增加，裂解氣體隨溫度升高出現(xiàn)的次序?yàn)橥闊N→烯烴→炔烴[1]。

1.2 固體絕緣材料分解

變壓器固體絕緣材料包括絕緣紙、絕緣壓層板以及木塊等，其化學(xué)組成的主要成分為纖維素等，熱穩(wěn)定性比變壓器油中的化學(xué)鍵要弱，分解生成大量的一氧化碳和二氧化碳及少量烴類和呋喃化合物，同時(shí)被變壓器油氧化。一氧化碳和二氧化碳的形成不僅隨溫度而且隨變壓器油中氧的含量和絕緣紙的濕度的增加而增加。

2.變壓器潛伏性故障判斷

絕緣油油中溶解氣體可以有效反應(yīng)設(shè)備內(nèi)部潛伏性的電和熱故障。判斷變壓器故障的方法主要有氣體濃度判斷法、產(chǎn)氣速率判斷法、特征氣體法、三比值法、圖示法等。變壓器運(yùn)行工況復(fù)雜，故障判斷往往需要綜合以上方法同時(shí)結(jié)合電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷分析。現(xiàn)使用上述方法分析某750kV變電站#2主變C相絕緣油色譜異常原因分析。

某750kV變電站#2主變C相于2020年4月23日進(jìn)行例行絕緣油色譜試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)乙炔含量為0.16μl/L，總烴含量為58.73μl/L，檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。后續(xù)持續(xù)跟蹤數(shù)據(jù)變化，2021年4月8日乙炔含量數(shù)據(jù)達(dá)到0.09μl/L，總烴含量數(shù)據(jù)達(dá)到218.51μl/L，總烴含量發(fā)展趨勢(shì)如圖1所示。現(xiàn)對(duì)此情況進(jìn)行詳細(xì)分析與判斷。

表1 某750kV變電站#2主變C相離線檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖1 某750kV變電站#2主變C相總烴含量趨勢(shì)圖

2.1 氣體濃度判斷

依據(jù)《Q/GDW 1168-2013輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定：總烴≤150μl/L（注意值），2021年7月8日起本體油色譜總烴含量超過(guò)注意值[2]。

2.2 總烴含量趨勢(shì)分析

某750kV變電站#2主變C相總烴含量趨勢(shì)圖中觀察總烴歷史數(shù)據(jù)變化，發(fā)現(xiàn)從2020年4月23日至2021年9月23日，總烴含量呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，如圖1所示。

2.3 產(chǎn)氣速率計(jì)算

2.3.1 絕對(duì)產(chǎn)氣速率

式中：

C2—2021年9月28日取樣測(cè)得油中總烴濃度，μl/L;

C1—2021年8月17日取樣測(cè)得油中總烴濃度，μl/L。

密封式變壓器總烴絕對(duì)產(chǎn)氣速率的注意值不大于12ml/d，超過(guò)注意值。

2.3.2 相對(duì)產(chǎn)氣速率

式中：

C2—2021年9月28日取樣測(cè)得油中總烴濃度，μl/L;

C1—2021年8月17日取樣測(cè)得油中總烴濃度，μl/L。

變壓器總烴相對(duì)產(chǎn)氣速率的注意值為不大于10%，超過(guò)注意值，相對(duì)產(chǎn)氣速率與絕對(duì)產(chǎn)氣速率結(jié)論一致，可見氣體上升速度很快，設(shè)備內(nèi)部存在異常，需縮短檢測(cè)周期。

2.4 故障類型的判斷

（1）特征氣體法分析[3]。

對(duì)2021年9月28日取樣的分析結(jié)果進(jìn)行特征氣體分析，如表2所示：乙烯和甲烷是主要特征氣體，乙烷和氫氣是次要特征氣體，當(dāng)故障涉及固體絕緣時(shí)，會(huì)引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長(zhǎng)，說(shuō)明該設(shè)備中存在油過(guò)熱異常未涉及固體絕緣。

表2[3] 不同故障類型產(chǎn)生的氣體

（2）三比值法分析（以2021年9月28日的油色譜數(shù)據(jù)計(jì)算）

三比值編碼為022，故障（異常）類型為高溫過(guò)熱（高于700℃）。

（3）立體圖示法分析（以2021年9月28日的油色譜數(shù)據(jù)計(jì)算）

該點(diǎn)位于T3區(qū)域內(nèi)，故障（異常）類型為熱故障，t＞700℃，如圖2所示。

圖2 立體圖示法

綜合三比值法、立體圖示法、特征氣體法分析，初步判斷故障（異常）類型為變壓器油過(guò)熱（高于700℃）。

2.5 熱點(diǎn)溫度估算

變壓器油裂解的產(chǎn)物與溫度有關(guān)，溫度不同產(chǎn)生的特征氣體亦不同。反之，如已知故障情況下油中產(chǎn)生的各種特征氣體的濃度可以估算出故障源的溫度。對(duì)于絕緣油過(guò)熱，且當(dāng)熱點(diǎn)溫度大于400℃，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算，即

其估算熱點(diǎn)溫度與三比值法分析結(jié)論一致。

2.6 故障部位的判斷

（1）CH4/H2比值有助于判斷高溫過(guò)熱故障是涉及導(dǎo)磁回路還是導(dǎo)電回路。大量數(shù)據(jù)表明，如果高溫故障涉及導(dǎo)電回路，如引線接觸不良、導(dǎo)線接頭位置焊接不良或者斷股以及多股繞組中股間短路等，所產(chǎn)生的甲烷氣體含量比涉及導(dǎo)磁回路的含量要多，也就是CH4/H2的比值要大（一般大于3），如果高溫過(guò)熱故障只涉及導(dǎo)磁回路，此比值一般接近于1。值得注意的是，變壓器潛油泵磨損引起的變壓器油過(guò)熱所產(chǎn)生的氣體與導(dǎo)磁回路過(guò)熱時(shí)產(chǎn)生的特征氣體非常相似。該設(shè)備比值為1.8，接近于1，初步判斷為潛油泵磨損或?qū)Т呕芈芬鸬陌l(fā)熱故障。

（2）當(dāng)故障在導(dǎo)電回路時(shí)，往往有乙炔生成，且含量較高，C2H4/C2H6的比值也較高，乙烯的產(chǎn)氣速率往往大于甲烷的產(chǎn)氣速率。磁路故障一般不產(chǎn)生C2H2，即使產(chǎn)生C2H2，其濃度一般也在4μl/L以下，占總烴含量的0.5%～1%，而且C2H4/C2H6的值也較小，絕大多數(shù)情況下該比值在6以下。該設(shè)備符合磁路過(guò)熱的特征。

2.7 綜合電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析判斷

高頻局放檢測(cè)、鐵心接地電流檢測(cè)、紅外成像檢測(cè)等帶電檢測(cè)項(xiàng)目均未發(fā)現(xiàn)異常。

3.處理建議

（1）根據(jù)數(shù)據(jù)分析，初步判斷設(shè)備可能存在導(dǎo)磁回路或潛油泵磨損引起的熱故障，建議結(jié)合繞組直流電阻測(cè)試、鐵芯絕緣電阻測(cè)試、空載損耗和空載電流檢測(cè)或長(zhǎng)時(shí)空載試驗(yàn)、改變負(fù)荷試驗(yàn)（或用短路法）試驗(yàn)、油泵及冷卻器檢查試驗(yàn)、油箱表面溫度分布和套管頂部陰線接頭溫度等來(lái)進(jìn)行綜合判斷。

（2）建議縮短離線取樣分析周期并查看油在線數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)總烴劇增時(shí)離線取樣分析，防止設(shè)備故障。

4.結(jié)語(yǔ)

某750kV變電站#2主變C相絕緣油色譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)異常，通過(guò)對(duì)異常原因進(jìn)行綜合分析判斷，給出了多種合理的處理措施，保障了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)對(duì)類似的色譜異常處理具有一定的借鑒意義。