變壓器油色譜分析及故障診斷的應(yīng)用

于 哲，張 月，遲秀華，高 明，徐從慶，白 冰

（1.鞍鋼股份能源管控中心，遼寧鞍山 114000；2.鞍鋼鋼鐵研究院，遼寧鞍山 114000）

引言

變壓器是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，負(fù)責(zé)電壓變換、電流分配和傳輸任務(wù)，一旦發(fā)生故障，將會(huì)給電網(wǎng)系統(tǒng)帶來(lái)極大的危害，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失［1］。采用氣相色譜分析方法可以實(shí)現(xiàn)在不停電情況下，通過(guò)對(duì)變壓器油中溶解的氣體做分離分析，確定氣體組分和含量變化，可以盡早地發(fā)現(xiàn)變壓器設(shè)備中存在的潛在故障，及時(shí)消除重大設(shè)備隱患，從而確保變壓器設(shè)備和電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行。

1 變壓器油色譜分析原理

正常運(yùn)行的變壓器油和固體絕緣材料由于受到電場(chǎng)、熱、氧和濕度的影響，隨運(yùn)行時(shí)間而發(fā)生速度較緩慢的老化現(xiàn)象，除產(chǎn)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還會(huì)有少量的氫、低分子烴類(lèi)氣體和碳氧化物等產(chǎn)生，其中碳的氧化產(chǎn)物（CO、CO2）成分最多，其次是H2和低分子烴類(lèi)［2］。當(dāng)運(yùn)行中的變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，其故障特征組分的含量增長(zhǎng)較快，不同的故障有著不同的產(chǎn)氣特征，根據(jù)特征組分的不同及其增量的變化可以診斷變壓器的內(nèi)部故障及其故障類(lèi)型、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)。

2 故障現(xiàn)象

能源管控中心66 kV 27＃變電站2＃變壓器（SFS8-20000/63）于2008年投運(yùn)，在2017年6月例行油樣化驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)變壓器油色譜數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，其總烴、H2、C2H2三項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)增加明顯，C2H2、H2含量分別達(dá)到42.8 μL/L、429.4 μL/L。次日持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，乙炔、氫氣含量有持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，分別增長(zhǎng)到44.2 μL/L、450.8 μL/L。隨后進(jìn)行一段時(shí)間色譜跟蹤監(jiān)督，總烴、H2、C2H2含量基本穩(wěn)定，變化不大。2021年11月進(jìn)行變壓器油色譜試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)H2、C2H2、總烴含量很高且增長(zhǎng)迅速，該主變壓器歷次色譜分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 2＃變壓器油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位：μL/L

3 故障分析

根據(jù)變壓器油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，按照《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》，總烴、乙炔、氫含量均超過(guò)注意值。

表2 運(yùn)行中變壓器油中溶解氣體濃度的注意值［3］單位：μL/L

結(jié)合熱軋帶鋼廠(chǎng)1780機(jī)組年修，對(duì)該主變停電進(jìn)行高壓絕緣試驗(yàn)。變壓器的油溫40℃時(shí)，一次線(xiàn)圈相直流電阻不平衡率為9.03%。變壓器高壓側(cè)三相直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 2#變壓器一次線(xiàn)圈三相直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

調(diào)整變壓器分接開(kāi)關(guān)后，再次測(cè)試結(jié)果沒(méi)有變化，說(shuō)明故障點(diǎn)不在分接開(kāi)關(guān)處。后由檢修人員處理了一次引線(xiàn)接頭，再次測(cè)量不平衡率為0.76%，這時(shí)直流電阻不平衡率合格了，此時(shí)的油溫已降至30℃，按規(guī)程規(guī)定的1 600 kVA以上變壓器的直流電阻不平衡率應(yīng)不大于2%可以斷定此變壓器為合格。但是卻有疑問(wèn)，溫度降下來(lái)后的電阻不平衡率跟同類(lèi)變壓器相比較還是有點(diǎn)高，而且始終是A相高，再結(jié)合變壓器油色譜的分析報(bào)告，總烴、乙炔、氫含量均超過(guò)注意值，依據(jù)表4三比值法的編碼規(guī)則，可得：

表4 三比值法的編碼規(guī)則

C2H2/C2H4=0.098比值編碼是0；CH4/H2=0.34比值編碼是0。

C2H4/C2H6=4.8比值編碼是2。

三比值編碼為002，根據(jù)表5判斷，變壓器故障類(lèi)型為高溫過(guò)熱（高于700℃）。

4 故障診斷

根據(jù)變壓器油色譜分析，結(jié)合變壓器一次線(xiàn)圈三相直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)，判斷變壓器電路存在高溫過(guò)熱故障。及時(shí)對(duì)此變壓器進(jìn)行吊套管檢修，發(fā)現(xiàn)變壓器A相高壓套管內(nèi)的引線(xiàn)有斷股和熏黑的現(xiàn)象，熏黑痕跡是引線(xiàn)斷股后與內(nèi)壁發(fā)生打火放電所致（見(jiàn)圖1）。

圖1 變壓器A相高壓套管內(nèi)引線(xiàn)斷股部位

表5 變壓器故障類(lèi)型表

經(jīng)檢查分析是由于A相高壓套管內(nèi)的引線(xiàn)與套管接手接觸不良，形成懸浮尖端放電，近期變壓器運(yùn)行負(fù)荷增大，長(zhǎng)時(shí)間的懸浮放電產(chǎn)生熱擊穿將引線(xiàn)燒蝕，產(chǎn)生高溫，使變壓器油分解，產(chǎn)生小分子，致使油樣檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。對(duì)此變壓器立刻進(jìn)行了故障處理，將破損的導(dǎo)線(xiàn)減掉，因減掉后導(dǎo)線(xiàn)不夠長(zhǎng)，又重新壓接導(dǎo)線(xiàn)并接好，經(jīng)試驗(yàn)全部合格后，正常投入運(yùn)行，避免停電事故發(fā)生。

5 結(jié)論

通過(guò)變壓器油色譜數(shù)據(jù)分析，可以得出變壓器油中溶解氣體含量，能夠準(zhǔn)確、及時(shí)了解變壓器設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并診斷出變壓器內(nèi)部的潛伏性故障，為電力變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了可靠的技術(shù)保障。