一起變壓器油色譜異常的分析及處理

李 遜，徐浩俊

（國電浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江 寧波 315800）

某公司高壓廠變（20 kV）1988年出廠，1991年投入運行。制造廠為法國ALSTOM公司，型號為TTH，設(shè)備采用的絕緣油牌號為Shell Diala F，總油量約16 t。在2008年5月26日的迎峰度夏色譜普查中，發(fā)現(xiàn)該變壓器油中的乙炔含量高達25.46 μL/L， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國標(biāo) GB/T 7252－2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》[1]（以下簡稱“導(dǎo)則”）規(guī)定的注意值（5 μL/L）。5 月 27-29日連續(xù)進行了色譜跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)油中乙炔含量呈逐漸上升趨勢。根據(jù)導(dǎo)則中的故障診斷分析法[2]，對高壓廠變內(nèi)部發(fā)生的故障進行診斷分析。

1 高壓廠變油色譜的變化

高壓廠變自投運以來的油質(zhì)檢測及電氣試驗結(jié)果均合格、正常，其運行狀態(tài)下本體油的歷史色譜分析數(shù)據(jù)表明，在異常出現(xiàn)之前，變壓器運行狀況均正常。圖1為高壓廠變本體油的色譜分析歷史趨勢圖。

在2008年5月26日的色譜普查中，油中突現(xiàn)異常含量的乙炔氣體，表明設(shè)備內(nèi)部已發(fā)生故障。表1列出了該變壓器油色譜異常前后的部分檢測數(shù)據(jù)。

圖1 高壓廠變油中氫氣及烴類氣體變化趨勢圖

與高壓廠變本體油的正常色譜檢測結(jié)果比較，不僅乙炔氣體高達25.46 μL/L，且油中H2、CH4、C2H4以及總烴含量均有較大幅度的增加。隨后進行了多次的跟蹤監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)油中的乙炔含量呈上升趨勢，與此同時，2次送樣復(fù)測的結(jié)果也印證了油色譜的異常。連續(xù)幾次監(jiān)測油中總烴含量雖未超過150 μL/L的注意值，但較正常狀態(tài)下的總烴值也有了近一倍的增長，表明設(shè)備內(nèi)部已存在故障。

表1 高壓廠變本體油部分色譜分析數(shù)據(jù)

2 對色譜異常的分析

2.1 特征氣體法

絕緣材料和變壓器油在高溫過熱或電弧的作用下分解出氣體，經(jīng)對流、擴散，不斷溶解在油中。這些故障氣體的組成和含量與故障類型及其嚴(yán)重程度有密切關(guān)系，表2列出了不同故障產(chǎn)生的不同特征氣體。

表2 不同類型故障產(chǎn)生的特征氣體

根據(jù)5月26-29日對高壓廠變本體油的色譜分析，油中主要特征氣體的含量占總烴的比例分別為：甲烷35.3%～35.8%，乙烯13.8%～14.0%，乙烷24.6%～24.9%，乙炔25.5%～26.2%。顯然，乙炔含量已從正常時的零陡升至近30 μL/L，油中氫氣含量雖未達到150 μL/L的注意值，但也較正常時的含量升高了5.6倍。由此對照表2，可以判定高壓廠變內(nèi)部已發(fā)生了放電性故障，且傾向于低能量的火花放電故障。

2.2 三比值法

根據(jù)導(dǎo)則中的三比值法，對5月26-29日的色譜分析數(shù)據(jù)進行計算，其故障編碼組合如表3所列。

造成低能放電故障的原因有：引線對電位不固定的部件之間連續(xù)火花放電、分接抽頭引線和油隙閃絡(luò)、不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電等。

表3 高壓廠變色譜三比值法數(shù)據(jù)（2008年5月）

同時，從表1色譜分析數(shù)據(jù)看出，當(dāng)高壓廠變本體油色譜出現(xiàn)異常時，油中一氧化碳、二氧化碳含量基本無變化，由此也可判斷涉及固體絕緣材料的放電可能性不大，應(yīng)屬油中裸金屬低能量放電。

2.3 故障嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢的判斷

產(chǎn)氣速率能更加直接和明顯反映故障的存在、嚴(yán)重程度及其發(fā)展趨勢，可以進一步確定故障的性質(zhì)，以便及時制定處理措施，防止設(shè)備發(fā)生損壞事故。導(dǎo)則中提出的產(chǎn)氣速率注意值如表4所示。

表4 導(dǎo)則中提出的產(chǎn)氣速率注意值

從表1看，高壓廠變本體油中氫氣、總烴含量均未超過導(dǎo)則規(guī)定的注意值 （氫氣、總烴均為150 μL/L），但可從油中溶解的總烴及乙炔的產(chǎn)氣速率證實該變壓器存在故障。

絕對產(chǎn)氣速率 γa＝（Ci2－Ci1）/△t1×（G/ρ）

相對產(chǎn)氣速率 γr＝（Ci2－Ci1）/Ci1/△t2×100%式中：Ci2為第二次取樣測得的某氣體組分（i）的含量；Ci1為第一次取樣測得的某氣體組分（i）的含量；△t1為2次取樣時間間隔中的實際運行時間；△t2為2次取樣時間間隔中的實際運行時間；G為設(shè)備總油重；ρ為油的密度。

據(jù)此，計算2008年5月26-29日產(chǎn)氣速率結(jié)果如表5所示。

表5 油中氣體產(chǎn)氣速率計算結(jié)果

總烴、乙炔、氫氣的絕對產(chǎn)氣速率均分別超過了表4導(dǎo)則中的規(guī)定，說明高壓廠變內(nèi)部確實已存在故障，而總烴、乙炔、氫氣的相對產(chǎn)氣速率又都大大超過了表4導(dǎo)則中的規(guī)定，呈上升態(tài)勢，更說明了故障發(fā)展趨勢的嚴(yán)重性。

2.4 故障點溫度估算

根據(jù)文獻[3]介紹，采用日本月崗淑郎等人于1978年研究并提出的，在熱點溫度高于400℃時，純油分解時的熱點溫度計算經(jīng)驗公式：

由此可估算出高壓廠變色譜異常期間，故障點局部溫度約為450℃，推斷內(nèi)部存在裸金屬低能放電性故障。

3 吊罩檢查情況

乙炔是放電性故障的特征氣體，一旦出現(xiàn)，即使小于導(dǎo)則規(guī)定的注意值，也應(yīng)高度重視，這對于維護變壓器安全運行非常重要。高壓廠變油中乙炔含量由零升高至25.46 μL/L，結(jié)合總烴產(chǎn)氣速率趨勢等分析，從設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的技術(shù)角度出發(fā)，檢測人員提出了立即停運設(shè)備進行檢查的處理意見。為初步判斷故障的確切部位及真實故障程度，隨后對高壓廠變進行了絕緣、直流電阻、直流耐壓、介損等常規(guī)試驗，未發(fā)現(xiàn)異常，表明內(nèi)部故障點不在電氣回路和主絕緣部分，需送變壓器廠作進一步的解體檢查、大修。

2008年9月在變壓器廠對高壓廠變進行吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)其3.15 kV側(cè)C相引線彎曲，對箱壁存在明顯的放電點，如圖2、3所示。

圖2 高壓廠變3.15 kV側(cè)C相引線銅排螺帽放電點

圖3 高壓廠變箱壁放電點

進一步檢查后，結(jié)合高壓廠變故障前運行期間的負(fù)荷狀況，確認(rèn)發(fā)生放電故障的原因是1臺前置泵曾發(fā)生短路，當(dāng)時速斷保護C相動作。由于瞬間電流變化，產(chǎn)生了強大的電動力，導(dǎo)致高壓廠變的C相引線彎曲，對箱壁放電。全面檢修后，此變壓器已修復(fù)正常留作備用。

4 結(jié)語

在變壓器故障的診斷檢測技術(shù)中，溶解氣體分析法（Dissolved Gas Analysis，簡稱DGA法）是診斷變壓器內(nèi)部潛伏性故障及發(fā)展趨勢的有效方法，能夠發(fā)現(xiàn)變壓器運行過程中潛伏性的早期故障，避免和減少變壓器損壞事故的發(fā)生，是目前許多電氣試驗項目無法替代的。但由于變壓器油中可燃性特征氣體的來源較為復(fù)雜，DGA法也有其局限性，例如很難判斷故障的準(zhǔn)確部位或部件。因此，必須和電氣試驗項目有機結(jié)合，進行綜合分析判斷，才能準(zhǔn)確識別故障性質(zhì)。

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 7252－2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].北京：國家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[2] 中華人民共和國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T 722－2000變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2000.

[3] 曹雅萍，程建安，范新清，等.鐵心多點接地故障分析與防范措施[J].變壓器，2002，3：30-31.