寧夏吳忠供電局變電運(yùn)檢組 魯 云

變壓器是電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，如果在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)故障，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和影響，對(duì)油浸變壓器的運(yùn)行狀況進(jìn)行觀察，并及時(shí)的發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的一些故障前兆，對(duì)于保證變壓器以及電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要的意義。油浸變壓器的線圈和鐵芯都浸沒(méi)在變壓器的油中，無(wú)法從表面對(duì)其運(yùn)行和故障進(jìn)行觀察，這時(shí)就可以利用氣相色譜技術(shù)對(duì)有種的各種故障氣體進(jìn)行分析，從而分析運(yùn)行狀況以及找出故障所在。

1.變壓器故障氣體產(chǎn)生的原因

變壓器油浸紙絕緣中故障氣體產(chǎn)生的主要原因一般有：局部過(guò)熱、電暈以及電弧三種。一般當(dāng)變壓器處于正常運(yùn)行的情況下，由于其中的油以及固體絕緣會(huì)出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象，并在這一過(guò)程中分解出少量的氣體，比如說(shuō)氫、甲烷、乙烷、乙稀、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等，如果變壓器中出現(xiàn)過(guò)熱、放電或者受潮等故障時(shí)，這些氣體的含量會(huì)相應(yīng)的增加。

在這些氣體中，絕大部分是可以溶解在絕緣油中的，也有少部分直接上升到絕緣油的表面，然后進(jìn)入到氣體繼電器中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的驗(yàn)證，絕緣油中含有的氣體種類和含量與變壓器的故障類型以及故障程度之間存在著直接的關(guān)系。

在正常的情況下，變壓器絕緣油中溶解的氣體都有一定的范圍，新油中氣體的最大值一般為：CO-100uL/L，CO2-35 uL/L，H2-15 uL/L，CH4-2.5 uL/L。但是在運(yùn)行中變壓器的絕緣油中氣體的種類和含量會(huì)出現(xiàn)較大的差異。通常變壓器中故障時(shí)產(chǎn)生的氣體以及原因?yàn)椋篐2主要是由于電暈放電、油和固體絕緣的分解以及受潮等；CO2、CO主要是由于固體絕緣受熱以及熱分解等；CH4主要是由于油和固體絕緣熱分解和放電；C2H6主要是由于固體絕緣熱分解以及放電等；C2H4主要是由于高溫?zé)狳c(diǎn)條件下，油和固體絕緣的熱分解以及放電；C2H2主要是由于強(qiáng)弧光放電以及油和固體絕緣熱分解等。

變壓器絕緣油中溶解的各種氣體，可以通過(guò)取油樣并利用氣相色譜分析儀分析得到相關(guān)的參數(shù)，如含量、特征、成分比例以及產(chǎn)氣速率等方法來(lái)對(duì)變壓器的內(nèi)部故障類型進(jìn)行合理的判斷分析。

2.變壓器故障氣體變化與其內(nèi)部故障之間的關(guān)系

2.1 氫氣的變化

當(dāng)變壓器處于高溫或者中溫時(shí)，H2占所有氫烴的比例在27%以下，當(dāng)溫度上升時(shí)，H2的絕對(duì)含量將出現(xiàn)一定的上升，但是它在氫烴總量中的比例卻會(huì)有所下降。這是因?yàn)?，變壓器不管是熱故障擊穿還是出現(xiàn)電故障，都會(huì)引起絕緣介質(zhì)出現(xiàn)裂解現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生故障氣體，由于碳?xì)滏I之間的鍵能較小，破裂放出的熱量也較低，當(dāng)絕緣介質(zhì)發(fā)生裂解現(xiàn)象時(shí)，一般首先生成H2，所以，H2是一種最為基本的故障氣體。變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮是一種常見(jiàn)的內(nèi)部潛伏性故障，這種故障出現(xiàn)時(shí)，故障氣體H2的含量會(huì)出現(xiàn)大幅的提高，因此，當(dāng)利用色譜分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)H2的含量超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，但是其他的故障氣體含量正常，這時(shí)我們就可以初步判斷變壓器中含有多余的水分，為了進(jìn)一步判斷故障類型，可以進(jìn)一步采用道變壓微水分析。

2.2 乙炔的變化

C2H2的產(chǎn)生一般與變壓器的放電性故障有關(guān)，當(dāng)變壓器出現(xiàn)電弧放電故障時(shí)，C2H2通常會(huì)占到總烴量的20%-70%，H2占到總氫烴量的30%-90%，而且C2H4含量要高于CH4含量。如果分析的結(jié)果為C2H2的含量超標(biāo)并且占主要成分，那么可能是變壓器內(nèi)部的繞組出現(xiàn)短路現(xiàn)象或者分接開(kāi)關(guān)在轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)弧光放電現(xiàn)象。但是如果其他的故障氣體成分正常，只有C2H2出現(xiàn)超標(biāo)而且增長(zhǎng)速度較快，這可能是由于變壓器內(nèi)部有高能量放電的故障。

2.3 甲烷和乙稀的變化

當(dāng)變壓器出現(xiàn)過(guò)熱故障時(shí)，如果放熱源處的絕緣油出現(xiàn)分解的現(xiàn)象，這時(shí)故障氣體CH4和C2H4兩種氣體占到總烴量的80%以上，并且隨著溫度的不斷上升，C2H4占的總烴比例還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。

2.4 一氧化碳和二氧化碳的變化

不論變壓器出現(xiàn)什么樣的放電故障，除了生成一些氫烴類的故障氣體外，如果固體絕緣參與其中，那么就會(huì)產(chǎn)生CO和CO2，但是過(guò)熱性故障產(chǎn)生這兩種氣體的速度要低于放典性故障。

一般在開(kāi)放式的變壓器中，絕緣油中CO的含量在300 uL/L以下，如果出現(xiàn)總烴含量超出150 uL/L，而且CO含量高于300 uL/L的現(xiàn)象時(shí)，變壓器的固體絕緣可能存在過(guò)熱故障，但是如果CO的含量超出300 uL/L，而總烴含量卻在正常范圍內(nèi)，這種情況可以認(rèn)為是正?，F(xiàn)象。對(duì)于密封式的變壓器而言，溶解在絕緣油中的CO含量一般在800 uL/L，但是如果出現(xiàn)絕緣性故障，CO、CO2的含量并不一定會(huì)升高，所以這點(diǎn)非常容易被人忽視。

(1)絕緣老化時(shí)產(chǎn)生CO、CO2

正常運(yùn)轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)部的絕緣油和固體絕緣材料在各種外部環(huán)境的作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間會(huì)出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，并放出一些氧、氣態(tài)烴類氣體以及碳的氧化物，其中談的氧化物CO、CO2的含量非常高。

變壓器在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，CO、CO2的含量會(huì)隨著運(yùn)轉(zhuǎn)年限的增加而逐漸上升，這種上升趨勢(shì)不太明顯，因?yàn)槔匣且粋€(gè)逐漸的過(guò)程，隨著老化程度的不斷升高，絕緣材料的強(qiáng)度不斷下降，出現(xiàn)擊穿故障的可能性不斷增加，另外，老化過(guò)程中產(chǎn)生的沉淀物容易使絕緣油的性能下降，從而造成變壓器出現(xiàn)過(guò)熱性故障。當(dāng)變壓器內(nèi)的絕緣材料老化到一定的程度還可能出現(xiàn)更加劇烈的變化，從而導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞或故障，因此在日常的氣相色譜分析中，CO、CO2應(yīng)該作為檢測(cè)絕緣材料的重要故障氣體，當(dāng)CO、CO2的的含量上升到一定值或出現(xiàn)較大范圍變動(dòng)時(shí)，應(yīng)該引起足夠的重視，防止出現(xiàn)變壓器擊穿斷路事故。

(2)過(guò)熱性故障產(chǎn)生CO、CO2

變壓器中的固態(tài)絕緣材料在出現(xiàn)電弧放電時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生很多的CO、CO2。而且電弧放電的過(guò)程中產(chǎn)生大量的高速電流，這些高速電流會(huì)對(duì)固體絕緣材料產(chǎn)生一定的破壞。產(chǎn)生的氣體不僅會(huì)使絕緣效果下降，同時(shí)還存在大量的可燃性氣體，如果不對(duì)其進(jìn)行必要的處理，可能引起變壓器的爆炸事故。

當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生各種過(guò)熱性故障時(shí)，由于局部溫度較高，可導(dǎo)致熱點(diǎn)附近的絕緣物發(fā)生熱分解而析出氣體，變壓器內(nèi)油浸絕緣紙開(kāi)始熱解時(shí)產(chǎn)生的主要?dú)怏w是CO2，隨溫溆度的升高，產(chǎn)生的CO含量也增多，使CO與CO2比值升高，至800C時(shí)，比值可高達(dá)2.5。局部過(guò)熱危害不如放電故障那樣嚴(yán)重，但從發(fā)展的后果分析，熱點(diǎn)可加速絕緣物的老化、分解，產(chǎn)生各種氣體，低溫?zé)狳c(diǎn)發(fā)展成為高溫?zé)狳c(diǎn)，附近的絕緣物被破壞，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。因此，CO、CO2的產(chǎn)生與設(shè)備內(nèi)部固體絕緣材料的老化或故障有明顯的關(guān)系，反映了設(shè)備的絕緣狀況。在色譜分析中，應(yīng)關(guān)注CO、CO2的含量變化情況，同時(shí)結(jié)合烴類氣體和H2含量變化進(jìn)行全面分析。

總之，利用氣相色譜分析變壓器油的氣體組分及其含量，能夠使技術(shù)人員充分掌握并監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，能夠提前知道變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，這對(duì)于變壓器的維護(hù)保養(yǎng)起到關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用，從而更好地保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

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