常規(guī)方法在充油電氣設(shè)備故障分析中的應(yīng)用研究

蔣慶云　陳彩蓉　曹翎

【摘 要】對(duì)充油設(shè)備而言，油中溶解氣體分析的目的是為了解設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)生異常的原因，預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)的狀態(tài)。在判斷出設(shè)備有故障之后，進(jìn)一步的工作就是對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行判斷。在實(shí)際工作中，對(duì)充油設(shè)備故障進(jìn)行判斷時(shí)，特征氣體法、三比值法、相對(duì)產(chǎn)氣速率這幾種方法要結(jié)合使用，其中特征氣體法可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障；三比值法可以較準(zhǔn)確地判斷出故障的類型；相對(duì)產(chǎn)氣速率可以快速粗略地判斷設(shè)備內(nèi)部有無(wú)存在故障并初步了解故障的嚴(yán)重程度等。

【關(guān)鍵詞】充油設(shè)備；故障分析；特征氣體；三比值法

0 引言

2017年3月6日750kV線路高壓電抗器B相輕瓦斯動(dòng)作，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備本體瓦斯繼電器上部存在氣體，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其高壓套管油位指示下降至最低刻度，油色譜在線裝置顯示氫氣、甲烷、乙烷含量出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)用便攜式油色譜儀取樣分析，與在線數(shù)據(jù)基本一致。該故障間隔2015年10月25日投運(yùn)，2016年2月17日該線路A、B相高壓電抗器產(chǎn)生微量乙炔，但增長(zhǎng)趨勢(shì)緩慢，2016年11月14日該高抗乙炔含量超過(guò)注意值，且超聲波局放檢測(cè)也發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，通過(guò)持續(xù)跟蹤未發(fā)生異常突變。3月7日故障間隔停電檢查，現(xiàn)場(chǎng)檢查及試驗(yàn)情況以及油色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，高壓套管內(nèi)出現(xiàn)大量可燃?xì)怏w，其油色譜數(shù)據(jù)三比值為110，故障類型為電弧放電，套管介損值增大，本體油色譜數(shù)據(jù)中氫氣、甲烷、乙烷相對(duì)前期增加明顯，而乙炔、乙烯、一氧化碳、二氧化碳增量不大。初步分析判斷，該電抗器高壓套管內(nèi)部發(fā)生電弧放電故障并產(chǎn)生大量氣體，內(nèi)部壓力增大，氣體上浮壓迫油面造成套管油位下降，指針降低至最低位。同時(shí)經(jīng)套管油側(cè)尾端密封薄弱部位，故障氣體進(jìn)入電抗器本體，最終造成本體輕瓦斯動(dòng)作，可見(jiàn)常規(guī)方法對(duì)充油電氣設(shè)備故障分析具有重要意義。

1 充油設(shè)備故障判斷的常用方法分析

充油設(shè)備的故障類型分為二大類，即熱故障和電故障[1]。熱故障又分為油過(guò)熱與油紙過(guò)熱，電故障又分為油紙絕緣中局部放電、油中火花放電、油中電弧、油和紙中電弧四種。

充油設(shè)備故障的判斷和分析的常用方法有特征氣體法、改良三比值法、相對(duì)產(chǎn)氣速率[2]。特征氣體法主要以H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2為研究對(duì)象，不同變壓器故障類型產(chǎn)生的氣體不同，如熱故障中的油紙過(guò)熱，其主要?dú)怏w為CH4、C2H4、CO、CO2，油中電弧放電主要?dú)怏w為H2、C2H2。在某些情況下氫氣含量的升高也可能不是設(shè)備故障造成的，如油中含有水，水可以與鐵作用生成氫氣；過(guò)熱的鐵心層間油膜裂解也可生成氫；新的不銹鋼部件中也可能在鋼加工過(guò)程中或焊接時(shí)吸附氫而又慢慢釋放到油中；在高溫條件下，油中溶解有氧時(shí)，設(shè)備中的某些油漆在某些不銹鋼的催化下，甚至可能生成大量的氫。

改良三比值法就是選取油中溶解氣體中的5個(gè)組分進(jìn)行比對(duì)，并依據(jù)編碼規(guī)則得出一組三位數(shù)的編碼，用該編碼與故障實(shí)例進(jìn)行套用比較，進(jìn)而對(duì)充油設(shè)備的故障類型做出初步的判斷。選取的5個(gè)組分分別為：H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2；比對(duì)公式分別為：C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6，三個(gè)比對(duì)公式的順序不能顛倒，這樣才能保證三位數(shù)編碼的正確性，表1為三比值編碼規(guī)則，根據(jù)三比值編碼，查詢編碼對(duì)應(yīng)的故障類型即可判斷設(shè)備具體故障情況。

在三比值法故障分析中需注意CO和CO2的含量以及CO2/CO的，原因緣材料有無(wú)老化的參數(shù)，如電纜紙、層間隔板、墊塊的絕緣等。一般CO以1000uL/L、CO2以10000uL/L為參考值。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)CO2/CO>7時(shí)，應(yīng)懷疑充油設(shè)備的固體絕緣材料有老化跡象或趨勢(shì)；當(dāng)CO2/CO<3時(shí)，應(yīng)懷疑設(shè)備的故障涉及或影響到了固體絕緣材料。由于CO的容易逸散性，有時(shí)當(dāng)充油設(shè)備出現(xiàn)涉及到固體絕緣材料分解的突發(fā)性故障時(shí)，油中溶解氣體中CO含量的絕對(duì)值并不高，從CO2/CO的比值上得不到反映。但此時(shí)如果輕瓦斯動(dòng)作，從集氣盒中收集的氣體中CO含量就會(huì)很高，這是判斷故障的重要線索。這一點(diǎn)可以從上述的某750kV線路高抗（案例表一）和（案例表二）中的CO數(shù)據(jù)得到證實(shí)。

變壓器故障判斷的相對(duì)產(chǎn)氣速率，即每運(yùn)行月（或拆算到月）某種氣體含量增加占原有值的百分?jǐn)?shù)的平均值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率>10%時(shí)應(yīng)引起注意。而IEC60599-1999導(dǎo)則中推薦相對(duì)產(chǎn)氣速率≥10%時(shí)為嚴(yán)重故障。

2 充油設(shè)備故障類型判斷的含氣量

通常油中溶解一定量的空氣，空氣的含量與油的保護(hù)方式有關(guān)。開(kāi)放式變壓器中，油被空氣所飽和，含氣量約占油總體積的10%。其中氧的含量約為30%，氮的含量約為70%。經(jīng)真空濾油的新密封式變壓器中，一般含氣量在1%～3%，其中氧、氮的含量也以這個(gè)比例存在于油中。在充油設(shè)備內(nèi)油中O2/N2的比值通常為接近0.5，考慮到運(yùn)行中由于油的氧化或紙的老化，該比值可能降低，以為O2的消耗比擴(kuò)散更迅速。但當(dāng)O2/N2<0.3時(shí)，一般認(rèn)為是氧被極度消耗的跡象，也就是設(shè)備內(nèi)部可能存在熱點(diǎn)。含氣量增長(zhǎng)對(duì)設(shè)備是否存在故障的意義有以下兩點(diǎn)：（1）總含氣量增長(zhǎng)，氧的含量也隨之增高。這種情況下如果不是取樣或分析過(guò)程中造成的誤差，則可能是隔膜或附件泄漏所致（如散熱器處的蝶閥、潛油泵等密封不良）。經(jīng)運(yùn)行一段時(shí)間后有可能導(dǎo)致油中溶解空氣過(guò)飽和，當(dāng)負(fù)荷、溫度變化時(shí)，就會(huì)釋放出氣體，有可能引起瓦斯繼電器動(dòng)作而報(bào)警。（2）總含氣量增長(zhǎng)，氧的含量反而卻很低，甚至有時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)峰時(shí)，則設(shè)備內(nèi)部可能存在故障，即熱點(diǎn)。這是因?yàn)楣收蠠狳c(diǎn)會(huì)消耗氧氣的緣故。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部存在熱點(diǎn)時(shí)，分解氣體不僅使油中總含氣量增加，而且由于氧化作用會(huì)加速消耗氧氣，使油中氧的含量不斷降低。隨著故障的嚴(yán)重化，高濃度的故障特征氣體還會(huì)將油中的部分氧置換出來(lái)，而氧很難通過(guò)油來(lái)得到補(bǔ)充，這樣就會(huì)導(dǎo)致油中的氧不斷降低。實(shí)踐證明，故障持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，油中總含氣量就越高，而氧的含量就會(huì)越低。

3 總結(jié)

對(duì)充油設(shè)備而言，油中溶解氣體分析的目的是為了了解設(shè)備的現(xiàn)狀，了解發(fā)生異常的原因，預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)的狀態(tài)。如能做到這些，就可以將設(shè)備維修方式由傳統(tǒng)的定期預(yù)防性維修改變?yōu)獒槍?duì)設(shè)備狀態(tài)的有目的的檢修。因此在判斷出設(shè)備有故障之后，進(jìn)一步的工作就是對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行判斷，提供故障嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)的信息，做到既防患于未然，又不致盲目停電檢修或盲目地對(duì)油進(jìn)行脫氣，造成人力物力的浪費(fèi)。在實(shí)際工作中，對(duì)充油設(shè)備故障進(jìn)行判斷時(shí)，特征氣體法、三比值法、相對(duì)產(chǎn)氣速率這幾種方法要結(jié)合使用，相互參考。如特征氣體法可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可通過(guò)連續(xù)檢測(cè)隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展情況；三比值法可以較準(zhǔn)確地判斷出故障的類型，為后期的檢修處理提供目標(biāo)和參考；相對(duì)產(chǎn)氣速率可以快速粗略地判斷設(shè)備內(nèi)部有無(wú)存在故障并初步了解故障的嚴(yán)重程度等。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孔巾嬌，高克利等.以不停電檢測(cè)狀態(tài)量為主的變壓器故障診斷方法研究[J].高壓電器，2015，51（11）：161-167.

[2]徐康健.變壓器油色譜分析中用三比值法判斷 故障時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題[J].變壓器，2010，47（1）：75-76.