110kV變壓器油色譜異常和故障的分析

吳偉

摘要：油色譜是反映變壓器運(yùn)轉(zhuǎn)情況的晴雨表，通過(guò)對(duì)油色譜數(shù)值的具體分析，可以判斷110kV的變壓器是否存在故障問題。變壓器的故障主要分為過(guò)熱性故障、放電性故障以及受潮性故障三類。本文在了解油色譜操作條件和基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)繞組變形與直流電壓的測(cè)試，采用三比值等測(cè)試方法，簡(jiǎn)要分析了其常見的異常和故障，并提出了與之適應(yīng)的解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：變壓器;油色譜;故障

無(wú)勵(lì)磁分接開關(guān)是變壓器內(nèi)部的重要元件，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便，在測(cè)試和檢修環(huán)節(jié)往往得不到技術(shù)人員的重視。變壓器是由油和紙構(gòu)造而成絕緣物，氣體里的隱形問題是由油或紙受熱分解造成的。材料熱解釋放的氣體與材料自身化學(xué)結(jié)構(gòu)存在密切的關(guān)聯(lián)。變壓器絕緣油的化學(xué)成分為石油烴類，絕緣紙的化學(xué)成分則為纖維素?；瘜W(xué)結(jié)構(gòu)的不同主要是由化學(xué)鍵的不同造成的，化學(xué)鍵能高，代表著化學(xué)分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。絕緣油受熱分解氣體的規(guī)律和原理為溫度升高會(huì)使得分子密度增加，釋放出大量的不飽和烴類氣體。熱解能量的溫度增加的過(guò)程就是：烷烴、烯烴、炔烴、焦炭。不同的故障在釋放的氣體能量方面表現(xiàn)不同，可以根據(jù)釋放的氣體判斷出故障的類型。局部放電會(huì)釋放氫氣;絕緣溫度過(guò)熱會(huì)釋放甲烷和乙烯，隨著溫度上升到一定高度會(huì)產(chǎn)生乙炔;高能量放電即電弧放電會(huì)釋放出大量的乙炔和氫氣。研究110kV變壓器的油色譜，找出產(chǎn)生異常和故障的原因，有助于判斷電氣設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

1 過(guò)熱性故障

1.1 裸金屬過(guò)熱

裸金屬過(guò)熱指變壓器自身攜帶的熱量造成絕緣油分解。分接開關(guān)焊接不緊密會(huì)造成接觸不良，從而引起鐵芯多點(diǎn)接地或區(qū)域短路等一系列故障。油色譜氣體的重要特性為，烴類氣體增長(zhǎng)，超過(guò)80%的總烴類。溫度是產(chǎn)生氣體的重要條件，甲烷含量隨溫度的降低而升高，而乙烯含量隨著溫度的升高而升高。往后，氫氣以一定的速度增加，但低于烴類氣體的增長(zhǎng)水平。當(dāng)故障點(diǎn)溫度達(dá)到一定高度，會(huì)釋放出乙炔，但其含量低于6%。

1.2 固體絕緣過(guò)熱

變壓器內(nèi)部固體絕緣溫度達(dá)到一定的數(shù)值，會(huì)刺激低分子烴類氣體的生成，一段時(shí)間后會(huì)釋放出一氧化碳和二氧化碳。

1.3 低溫度過(guò)熱

變壓器使用壽命過(guò)長(zhǎng)或處于負(fù)荷狀態(tài)，使得固體絕緣大范圍內(nèi)出現(xiàn)低溫度過(guò)熱的現(xiàn)象，變壓器的油色譜難以分解，會(huì)釋放出一氧化碳。與此同時(shí)，根據(jù)固體絕緣的特性，由于處于低溫狀態(tài)，絕緣紙?zhí)蓟俣燃涌欤瑫?huì)產(chǎn)生二氧化碳。

2 放電性故障

2.1 高能量放電

高能量放電又稱電弧放電，指變壓器線圈層間絕緣擊穿，電壓溫度急劇升高產(chǎn)生電弧，以及電容屏擊穿產(chǎn)生電弧，出現(xiàn)閃絡(luò)和放電現(xiàn)象。在這種情況下，氣體的運(yùn)動(dòng)速度快，體量大。高能量放電會(huì)產(chǎn)生氫氣（總烴20%～70%）與乙炔，隨后釋放出乙烯和甲烷。由于故障釋放的能量較高，總烴類占比大，固體絕緣會(huì)產(chǎn)生大量的一氧化碳。

2.2 低能量放電

低能量放電又稱火花放電，屬于一類間歇重復(fù)性的放電現(xiàn)象。變壓器核心元件里的芯板接地不良會(huì)產(chǎn)生懸浮式放電。芯板接觸不良造成的放電現(xiàn)象產(chǎn)生較低的能量，主要釋放乙炔和氫氣，一段時(shí)間后釋放乙烯與甲烷。在這種情況下，總烴類氣體占比較低。

2.3 局部放電

帶電體經(jīng)常發(fā)生在懸浮帶電體空間或者油浸紙絕緣氣體懸浮帶電體空間。根據(jù)放電氣體的特性，會(huì)先后釋放氫氣和甲烷氣體。局部放電的能量體量大、密度較高，也會(huì)產(chǎn)生少量乙炔，但其含量在2%以下。

3 受潮性故障

受潮性故障是110kV變壓器的主要故障之一，主要指變壓器設(shè)備內(nèi)部受到潮濕，排除氣隙絕緣中的水份與固體油產(chǎn)生反應(yīng)的情況，受潮性故障往往釋放氫氣。水與鐵會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，即電解電場(chǎng)水，并釋放大量的氫氣。受潮性故障的結(jié)論為，氫氣含量偏高可能反映出變壓器受到潮濕。

3.1 油色譜異常數(shù)據(jù)

某變電站于2016新投入使用一臺(tái)110kV變壓器。由于風(fēng)暴等惡劣天氣的影響，變壓器分接開關(guān)出現(xiàn)故障，絕緣油色譜的數(shù)據(jù)超出正常范圍內(nèi)，與往日數(shù)據(jù)偏差過(guò)大。技術(shù)檢查人員發(fā)現(xiàn)，一塊鋁金屬被風(fēng)吹落在變壓器設(shè)備上。側(cè)C相導(dǎo)線由鋁金屬對(duì)內(nèi)部氣體取樣出現(xiàn)銅管放電現(xiàn)象。因此，變壓器分接開關(guān)自動(dòng)跳閘，啟動(dòng)安全保護(hù)措施。全面測(cè)試得出結(jié)論，C波段的高電壓繞組出現(xiàn)位置偏移和形態(tài)變異的故障，其他波段的高電壓顯示正常值。

3.2 色譜異常數(shù)據(jù)分析

在鋁金屬事件前，油色譜數(shù)值正常，代表變壓器設(shè)備不存在故障。隨后，被風(fēng)吹落的鋁金屬觸發(fā)了變壓器的自動(dòng)跳閘開關(guān)，此時(shí)油色譜數(shù)值超出正常范圍內(nèi)。根據(jù)三比值法，可以得出該故障為高能量放電（電弧放電）。線圈層間的閃絡(luò)或短路往往造成箱體等設(shè)備元件接地放電。該事件后，變電站技術(shù)人員采取了保護(hù)預(yù)防措施，增加檢驗(yàn)油色譜的頻數(shù)，定期檢查油色譜數(shù)據(jù)，直至數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。對(duì)變壓器油色譜進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)半年的跟蹤檢測(cè)，觀察主變壓器繞組的形態(tài)。進(jìn)行紅外線測(cè)試，在最大負(fù)荷的條件下觀察變壓器油色譜的曲線是否正常。在一段時(shí)間的跟蹤檢測(cè)后，沒有出現(xiàn)異常和故障，因此取消跟蹤檢測(cè)，同時(shí)保持對(duì)變壓器的必要維護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

三比值法是檢查變壓器油色譜故障常用的方法，采用三比值法可以保證數(shù)據(jù)的精確性，提高分析和判斷故障的可靠性。三比值法屬于微量分析方法，從微觀角度分析數(shù)據(jù)的異常情況。根據(jù)絕緣材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和特性，綜合分析產(chǎn)生烴類氣體的速率，并根據(jù)一氧化碳與二氧化碳含量的比例推斷固體絕緣材料的類型，準(zhǔn)確判斷出變壓器內(nèi)部是否存在故障。在短時(shí)期內(nèi)，電弧放電現(xiàn)象釋放的氣體是主變壓器總烴類氣體的主要組成成分，則不需要進(jìn)行繼續(xù)跟蹤和檢測(cè)分析。停工檢查故障是一種較為安全的檢查方法。色譜分析方法的適用性強(qiáng)，根據(jù)油色譜具體數(shù)據(jù)的情況，可以有效判斷是否存在隱性故障并分析產(chǎn)生故障的原因。在不同的發(fā)展階段，技術(shù)人員應(yīng)該采用不同的分析方法，以適應(yīng)故障或問題的實(shí)際情況。變壓器的運(yùn)行維護(hù)必須得到相關(guān)工作人員的高度重視，采取措施保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。定期派遣專業(yè)技術(shù)人員前往現(xiàn)場(chǎng)檢查變壓器設(shè)備，分析變壓器油色譜數(shù)據(jù)，積極預(yù)防故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚志龍，等.電力用油（氣）技術(shù)問答[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.