淺談色譜分析對(duì)變壓器故障判斷的作用

王海衡

（國(guó)家電投集團(tuán)河南電力公司技術(shù)信息中心，河南 鄭州 450016）

一、引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)外發(fā)電供電的重要設(shè)備，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，除了保證電源側(cè)的供電可靠性之外，用戶側(cè)對(duì)供電的質(zhì)量要求也越來越高。對(duì)于特別重要的用電用戶，為了保證可靠的供電，都備有備用的雙路電源。而對(duì)于沒有備有電源的用戶，變壓器故障導(dǎo)致停電帶來的損失無法估量。所以，通過有效的檢測(cè)手段和試驗(yàn)來事先預(yù)防變壓器內(nèi)部故障，進(jìn)行預(yù)防性的檢修和檢查是非常必要的，對(duì)變壓器油的溶解氣體的色譜分析就是一種在運(yùn)行中可以判斷變壓器故障情況的有效手段，可以防范于未然，減少經(jīng)濟(jì)損失。

二、變壓器油中溶解氣體色譜分析的必要性

對(duì)變壓器絕緣油中溶解氣體的氣相色譜分析，是判斷變壓器內(nèi)部故障的最典型最有效的試驗(yàn)方法。用這種方法分析絕緣油中所溶解的氣體的組分和濃度含量，可以判斷變壓器（或其他充油電氣設(shè)備）內(nèi)部可能存在的潛伏性故障。色譜分析法已作為重要方法列入國(guó)家有關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，作為變壓器的一個(gè)常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目。

三、變壓器油中的溶解氣體分析方法初探

新生產(chǎn)而未經(jīng)運(yùn)行的變壓器油，其他成分大致為：氧氣（02）約30%，氮?dú)猓∟2）約70%，二氧化碳（C02）約0.3%。對(duì)于正常運(yùn)行的變壓器，因油和絕緣材料的緩慢分解和氧化，會(huì)生成少量的二氧化碳（C02）和一氧化碳（C02），以及微量的烴（碳?xì)洌╊惢衔?。?dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，主要是局部過熱和局部放電，由于絕緣油及固體絕緣材料的分解，也要產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氫及烴類氣體等。在故障初期，這些氣體尚不足以引起氣體繼電器動(dòng)作，而是全部或絕大部分溶解于油中。因此可以從分析油中溶解的這些其他，及早的查出變壓器的內(nèi)部故障。

四、變壓器油中的溶解氣體與故障類型的歸納

變壓器內(nèi)發(fā)生故障時(shí)所產(chǎn)生的氣體種類與故障的類型有關(guān)，通過檢測(cè)油中特征氣體組分及含量，可以判斷出變壓器的內(nèi)部故障類型。

表1 不同故障類型產(chǎn)生的氣體組成成分

將故障變壓器的氣體組成成分與上表對(duì)照，大致判斷產(chǎn)生氣體的原因：

（一）絕緣油在300-800°C熱分解時(shí)產(chǎn)生大量的甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）等烴類氣體，但不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）氣體。

（二）當(dāng)故障與固體絕緣材料相關(guān)時(shí)，即絕緣紙等固體絕緣在120-150°C長(zhǎng)期加熱下產(chǎn)生CO、CO2，尤其以CO2含量會(huì)顯著的增長(zhǎng)；絕緣紙等固體絕緣在300-800°C時(shí)，除了產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳以外，還會(huì)產(chǎn)生氫氣和烴類氣體。但在低溫和高溫時(shí)，C02/ CO之比值不同，低溫時(shí)大，高溫時(shí)小。（高溫時(shí)一氧化碳相對(duì)也較多些。）

（三）變壓器絕緣受潮時(shí)，其特征氣體H2含量較高；油在電弧的作用下產(chǎn)生的氣體大部分是氫（H2）和乙炔（C2H2），也有少量的甲烷（CH4）和乙烯（C2H4）。

（四）當(dāng)存在放電性故障時(shí)，乙炔(C2H2)的含量增加。因此，當(dāng)乙炔含量超過標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，可能是變壓器內(nèi)部存在高能量放電現(xiàn)象。

使用特征氣體分析方法時(shí)，既要根據(jù)油中氣體含量的多少，又要結(jié)合各種可能的因素綜合判斷。因此，電力預(yù)防性規(guī)程DIdT596—1996專門列出油中溶氣含量的注意值，如表2所示：

表2 油中溶解氣體的注意值

某些主變壓器故障分析與處理：

某電廠主要參數(shù)：型號(hào)SFP10-250000/220 額定電壓：242/15.75 KV 額定電流：596.4/9164.3A 2012年6月25日，機(jī)組停運(yùn)檢修，對(duì)#2主變高壓套管進(jìn)行介損試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果顯示為A相(tanδ=-1.326 Cx=0.168pF)，末屏對(duì)地絕緣10000MΩ。B相測(cè)試結(jié)果為 (tanδ=0.327 Cx=509 pF)；C相測(cè)試結(jié)果為 (tanδ=0.337 Cx=510 pF)。通過更換儀器反復(fù)試驗(yàn)證實(shí)：A相高壓套管存在嚴(yán)重故障隱患。隨即在次日對(duì)主變A相高壓套管抽取油樣作色譜分析。附表：套管有色譜分析表

分析日期 2012-6-12 正常值取樣設(shè)備 #2主變A相高壓套管CH4 2059.06 C2H4 3347.27 C2H6 1178.92 C2H2 5528.93 ＜5 H2 386.06 ＜150 CO 991.89 CO2 1655.02總烴 12114.18 ＜150

根據(jù)變壓器油的色譜分析，明顯可見總烴、乙炔、氫含量組分多項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)超規(guī)定值，由此可判斷套管內(nèi)部發(fā)生了明顯的持續(xù)的電弧放電，必須更換主變A相套管，主變才能安全運(yùn)行。對(duì)故障套管解體后發(fā)現(xiàn)：因套管末屏開路引發(fā)套管內(nèi)部電弧放電并伴隨發(fā)熱，放電和發(fā)熱使套管法蘭芯部密封橡膠墊老化、碳化和變性，經(jīng)多次放電，套管內(nèi)部電容屏已遭破壞，油中黑色物質(zhì)系油在放電過程中碳化、固體絕緣在高溫下分解所致。因套管已不能可靠密封，在套管內(nèi)部放電過程中，產(chǎn)生大量氣體使其內(nèi)部壓力升高，使套管內(nèi)故障油通過升高座，少量滲入變壓器內(nèi)部造成油污染。變壓器油中乙炔、氫氣含量超標(biāo)，即由此因起。

套管解體發(fā)現(xiàn)測(cè)試端子引線已斷開，斷面整齊，斷面處有黑色粉末，主變套管更換后，經(jīng)過一系列試驗(yàn)后合格后投入運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。