幾起變壓器油色譜異常的分析

胡發(fā)明

（浙江舟山電力局，浙江 舟山 316000）

電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務(wù)。因此，變壓器的正常運行是對電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。但由于變壓器長期運行，故障和事故總不可完全避免，且引發(fā)故障和事故又出于眾多方面的原因。如外力的破壞和影響，不可抗拒的自然災(zāi)害，安裝、檢修、維護中存在的問題和制造過程中遺留的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長期運行后造成的絕緣老化、材質(zhì)劣化及預(yù)期壽命的影響，已成為發(fā)生故障的主要因素。在變壓器故障診斷中，通過變壓器油色譜分析這種化學(xué)檢測方法，對于及早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障及其發(fā)展程度非常有效，而油中氣體各種組分含量的多少與故障的性質(zhì)及程度直接有關(guān)。

1 有關(guān)變壓器油紙絕緣材料與熱分解氣體的關(guān)系

油浸電力變壓器主要的絕緣材料是絕緣油及固體絕緣材料絕緣紙、紙板和木塊等，在正常情況下，油浸電力變壓器內(nèi)的油/紙絕緣材料，在熱和電的作用下，會逐漸老化、變質(zhì)，并分解出少量的氣體（主要包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2）等。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時，這些氣體的含量會迅速增加，有關(guān)油浸電力變壓器油紙絕緣材料與熱分解氣體的關(guān)系可以歸納如下。

1）絕緣油在300℃～800℃時，熱分解產(chǎn)生的氣體主要是低分子烷烴（CH4、C2H2）和低分子烯烴（C2H4），也含有H2。

2）絕緣油暴露于電弧之中時，分解氣體大部分是H2和C2H2，并有一定量的CH4、C2H4。

3）局部放電時，絕緣油分解的氣體主要是氫氣和少量CH4，除此之外，還有較多的C2H2。

4）絕緣紙在120℃～150℃長期加熱時，產(chǎn)生CO 和CO2，且后者是最主要成份。

5）絕緣紙在200℃～800℃下熱分解時，除產(chǎn)生碳的氧化物之外，還含有氫烴類氣體，CO/CO2比值越高，說明熱點溫度越高。

2 變壓器內(nèi)部故障類型與油中氣體含量的關(guān)系

變壓器的內(nèi)部故障，就其故障現(xiàn)象來看，主要有熱性故障和電性故障。

2.1 熱性故障

熱性故障是由于有效熱應(yīng)力所造成的絕緣加速劣化，具有中等水平的能量密度。如果熱應(yīng)力只引起熱源處絕緣油分解時，所產(chǎn)生的特征氣體主要是CH4和C2H4，二者之和一般占總烴的80%以上。而且隨著故障點的溫度升高，C2H4所占的比例將增加。通常熱性故障是不產(chǎn)生C2H2的，一般低于500℃的過熱時，C2H2的含量不會超過總烴的2%，而嚴重過熱時，C2H2的最大含量也不超過烴總量的6%。當(dāng)過熱涉及固體絕緣材料時，除產(chǎn)生上述氣體之外，還產(chǎn)生大量的CO 和CO2。

2.2 電性故障

電性故障是在高電應(yīng)力作用下所造成的絕緣劣化，變壓器內(nèi)部電弧放電其故障特征氣體主要是C2H2和H2，其次是大量的C2H4和CH4，C2H2一般占烴總量的20%～70%，氫占氫烴總量的30%～90%，并且在絕大多數(shù)情況下，C2H4含量高于CH4?；鸹ǚ烹娖涮卣鳉怏w也是以C2H2和H2為主，但因故障能量較小，一般烴總量不高，油中溶解的C2H2在烴總量中所占比例可達25%～90%，C2H4含量約占烴總量的20%以下，H2亦占氫烴總量的30%以上。局部放電產(chǎn)生的氣體，主要依放電能量密度的不同而不同，一般烴總量不高，其主要成份是H2，其次是CH4，通常H2占氫烴總量的90%以上，CH4與烴總量之比大于90%，當(dāng)放電能量密度增高時也可以出現(xiàn)C2H2，但C2H2在烴總量中所占的比例一般不超過2%。

2.3 受潮

當(dāng)變壓器內(nèi)部進水受潮時，油中水份和含濕雜質(zhì)易形成“小橋”或者絕緣中含有氣隙均能引起局部放電，而產(chǎn)生H2，還因為水分在電場作用下的電解作用和水與鐵的化學(xué)反應(yīng)，也可產(chǎn)生大量的H2，電力變壓器不同的故障類型產(chǎn)生的主要和次要氣體組分如表1所示。

故障類型 油過熱 油和紙過熱 油紙中局部放電 油中火花放電 油中電弧 油和紙中電弧 受潮或油中氣泡 主要氣體組分 次要氣體組分 CH4、C2H4H2、C2H6CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6H2、CH4、CO C2H2、C2H6、CO2C2H2、H2C2H2、H2CH4、C2H4、C2H6C2H2、H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H6H2

3 三臺主變壓器油色譜異常的分析及處理

通常變壓器油色譜分析中C2H2的產(chǎn)生與變壓器內(nèi)部放電性故障有關(guān)，因此我們在日常檢測中如發(fā)現(xiàn)變壓器油色譜分析中含有C2H2時，當(dāng)即引起高度重視，分析查找原因，判斷變壓器內(nèi)部是否存在故障。雖然GB/T 7252-2001 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則中規(guī)定220kV 及以下變壓器油中溶解氣體含量C2H2的注意值為5μL/L，但是變壓器油中溶解氣體C2H2含量如果從無到有，盡管在注意值以下，也應(yīng)引起足夠的重視。

（1）35kV 臺門變#1 主變，設(shè)備型號SZ7-10000/35 ±3×2.5%/10.5kV，自2007年8月投運以來油色譜一直正常，在2010年3月30日定期檢測時發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體C2H2含量為2.9μL/L，在接下來的跟蹤中C2H2含量緩慢增長，試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

（2）35kV桃花變#1主變，設(shè)備型號SZ10-20000/35 ±3×2.5%/10.5kV，2009年10月投運以來油色譜一直正常，在2011年6月30日定期檢測中發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體C2H2含量為5.6μL/L，在接下來的跟蹤中C2H2含量變化不大，試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

試驗日期 CH4C2H6C2H4C2H2H2CO 2010.3.30 15.94 4.77 3.32 2.9 36.4 872.25 2010.5.12 12.64 1.5 2.67 2.64 30.44 811.34 2010.7.21 14.04 1.57 2.78 2.93 38.2 919.63 2010.8.18 14.24 1.61 2.9 3.18 31.62 1102.68 2010.9.10 13.83 1.45 2.8 4.68 33.57 848.72 2010.9.19 14.81 2.03 3.46 5.47 36.1 908.98 2010.10.16 0.36 1.18 0.55 0.15 0 6.7 2010.10.20 0.35 0.35 0.17 0.07 0.35 11.06 CO2總烴 備注 3530.91 26.93 預(yù)試發(fā)現(xiàn) 3462.34 19.45 跟蹤 3879.19 21.32 跟蹤 4889.26 21.93 跟蹤 3677.58 22.76 跟蹤 6010.21 25.77 跟蹤 136.8 2.24 處理后 152.49 0.94 復(fù)測

（3）35kV新港變#1主變，設(shè)備型號SZ10-20000/35 ±3×2.5%/10.5kV，投運以來油色譜也一直正常，在2011年4月25日定期檢測中發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體C2H2含量為2.24μL/L，在接下來的跟蹤中C2H2含量變化不大，試驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表3 35kV 桃花變#1 主變油色譜試驗數(shù)據(jù) 單位：μL/L

試驗日期 CH4C2H6C2H4C2H2H2CO 2009.8.18 2.07 0.28 0.3 0 33.93 214.97 2009.12.18 3.41 0.53 0.56 0 37.73 332.24 2010.5.7 3.84 0.61 0.65 0 38.06 416.61 2011.4.25 7.88 1.94 1.7 2.24 47.1 671.98 2011.5.11 7.87 1.32 1.51 2.26 48.35 664.46 2011.6.9 7.75 1.28 1.5 2.21 45.46 635.97 2011.7.13 7.7 1.35 1.57 2.13 40.93 614.57 2011.9.9 9.42 1.72 1.98 2.63 61.22 873.3 CO2總烴 備注 988.56 2.65 交接 1272.12 4.5 預(yù)試 1442.51 5.1 預(yù)試 2068.83 13.76 預(yù)試發(fā)現(xiàn) 2186.41 12.96 跟蹤 2142.48 12.74 跟蹤 2252.5 12.75 跟蹤 3081.19 15.75 跟蹤

分析這3 臺主變壓器的油色譜試驗數(shù)據(jù)，均為氣體組分中出現(xiàn)C2H2含量，其他氣體組分H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、CO2變化不大，也不能用三比值法進行判斷。檢查這3 臺主變壓器的檢修記錄，從未進行過帶油補焊以及可能引起的外部油污染，且電氣試驗一直來均正常，所以基本可以排除變壓器內(nèi)部的過熱性和放電性故障，認為最大可能是有載分接開關(guān)滲漏引起。于是對這3 臺主變壓器停電進行有載分接開關(guān)檢查，均發(fā)現(xiàn)有載分接開關(guān)筒體端部密封圈滲漏，使有載分接開關(guān)的油漏向主變本體，致主變油色譜中出現(xiàn)C2H2含量，經(jīng)處理后3 臺主變壓器油色譜均恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

電力變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時，油中溶解氣體H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2的含量會迅速增加，而C2H2的產(chǎn)生多與變壓器內(nèi)部的放電性故障有關(guān)。但是油色譜中僅出現(xiàn)C2H2含量，而其他組分含量無變化時，需綜合分析變壓器的歷史運行檢修情況，如有載調(diào)壓變壓器中切換開關(guān)油室的油是否向變壓器主油箱滲漏，變壓器曾經(jīng)有過故障，而故障排除后絕緣油未經(jīng)徹底脫氣，部分殘余氣體仍留在油中，變壓器是否油箱進行過帶油補焊，原注入的油是否就含有C2H2等，在排除歷史情況后多數(shù)是由有載分接開關(guān)油室的油向變壓器主油箱滲漏引起。

[1] 董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京:中國電力出版社,2005．

[2] 操敦奎.變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M].北京:中國電力出版社,2005．

[3] GB/T 7252-2001,變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則.