張升平

引言：通過分析變壓器油中溶解氣體的成分和含量，以判斷變壓器絕緣故障、過熱行故障。

一、前言

就一般情況而言，變壓器內(nèi)部潛伏故障可分為過熱和放電兩大類，所謂過熱是指從局部過熱，又稱熱點，它和變壓器正常運行下的發(fā)熱有所區(qū)別，正常運行時溫度的熱汽來自繞組和鐵心，所謂銅損和鐵損。過熱性故障占變壓器故障的比例較大，危害性嚴重，存在于固體絕緣的熱點會引起絕緣劣化與熱解，絕緣危害較大，熱點常會從低溫發(fā)展為高溫，甚至會迅速發(fā)展為電弧性熱點造成設備損壞事故，一些裸金屬熱點也常會燒壞鐵心夾件螺栓等部件，嚴重時會造成設備永久性損壞。過熱性故障包括接點接觸不良、磁路故障、導體故障等，而預測分析變壓器內(nèi)部故障是確保安全性供電的一項重要的技術措施。作為絕緣監(jiān)察的手段，我們一直采取對設備進行直流泄漏，絕緣電阻，介損測量，交注耐壓，直流電阻和局部放電等絕緣特性試驗的措施。但由于做這些試驗時要求被試設備停電，同時亦很難測量出變壓器內(nèi)部極小的潛伏性故障（如過熱性故障）。因此，近幾年來，我們在開展預防性試驗中，主要通過色譜分析手段，來及時準確判斷出變壓器內(nèi)部過熱性故障。本文結合現(xiàn)場實例，介紹變壓器內(nèi)部過熱性故障判斷的依據(jù)和方法。

二、變壓器故障判斷的依據(jù)與方法。

充油的變壓器的絕緣主要是變壓器油和有機絕緣材料，如絕緣紙和絕緣板。變壓器油是石油的一種分餾產(chǎn)物，主要成分是烷烴（CnH2n+1）、環(huán)烷族飽和烴（CnH2n）、芳香族不飽和烴（CnH2n-2），有機絕緣材料的主要成分成分（C6H10O5）.在正常運行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會逐漸老化變質(zhì)，會分解出極少量氣體（主要氫氣H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2）。當變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或受潮時，這些氣體的產(chǎn)量會迅速增加，表一列出了氣體的種類與外部施壓能量關系。

表1氣體的種類與外部施壓能量關系

氣體 CO CO2 H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2

能量/J 53.97 89.49 17.53 14.66 14.70 40.78 60.7

這些氣體大部分溶解在絕緣油中，少部分上升在絕緣油的面上，例如變壓器有一部分氣體從油中進入瓦斯繼電器，經(jīng)驗證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及程度有關，因此設備在運行中，定期測量溶解于油中的氣體成分和含量，對于及早發(fā)現(xiàn)充油電力設備內(nèi)部存在的潛伏性故障有非常重要的意義。

三、特征氣體色譜的分析和判斷

（1）判斷有無故障方法

① 與油中溶解氣體的正常值作比較判斷有無故障，若烴和氫類氣體不超過表2的含量則變壓器運行正常。

表2烴和氫類氣體含量

氣體成分 H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 總烴（C1+ C2）

正常極限值mL/L 100 45 35 55 5 100

②根據(jù)總烴產(chǎn)生速率判定有無故障。當總烴含量超過正常值時，應考慮采用產(chǎn)氣速率判斷有無故障，絕對氣體產(chǎn)生速率公式如下所示：

V=（C2-C1）/⊿t

相對產(chǎn)氣速率公式如下：

V1=（C2-C1）/⊿t C1

一般來說，對總烴產(chǎn)氣速率大于1mL/h的變壓器可判定有故障。若總烴含量的絕對值小于正常值，總烴產(chǎn)生速率小于正常值，則變壓器正常；若總烴含量大于正常值，且超過正常值3倍，總烴產(chǎn)生速率小于正常值，則設備有故障。但故障發(fā)生緩慢可繼續(xù)運行；若總烴含量大于正常值，但不超過正常值3倍，總烴產(chǎn)生速率為正常值1-2倍，則設備有故障應縮短檢驗周期，密切監(jiān)視故障發(fā)展；若總烴含量大于正常值3倍，總烴產(chǎn)生速率大于正常值3倍，則設備有嚴重故障，故障發(fā)展迅速，應立即采取必要措施，即吊芯大修。產(chǎn)生氣體速率與故障性質(zhì)關系如表3所示。

表3產(chǎn)生氣體速率與故障性質(zhì)關系

絕對氣體產(chǎn)生速率/1mL/h 故障特征

≥10 帶有燒傷痕跡

>5 嚴重過熱性故障，但未損壞絕緣

>1 過熱性故障

（2）變壓器內(nèi)部進水受潮也是一種內(nèi)部潛伏性故障，其特征氣體H2含量很高，如果色譜分析發(fā)現(xiàn)H2含量超標，其它成分沒有變化時，可判斷為設備含有水分，為進一步判斷可做微水分析，導致水分分解出烴有兩種可能，一是水分和鐵產(chǎn)生化學反應，另外一種可能是在高電場作用下水分子分解。設備受潮時固體絕緣材料含水量比油中含水量大100倍，而H2含量高是因為油紙絕緣內(nèi)含有氣體水和水分。所以在現(xiàn)場處理設備受潮時僅靠采用真空濾油法不能長久降低設備中含水量。原因是真空濾油對于設備整體的水分影響不大。

（3）C2H2超標。當C2H2的含量占主要成分超標時，則可能是設備繞組短路或分解開關切換產(chǎn)生弧光放電所致，如果其它成分沒有超標，而C2H2超標且增長速率快，則可能是設備內(nèi)部存在高能量放電故障。

在過熱性故障中，當只有熱源處絕緣油分解時特征氣體為CH4和 C2H2，兩種氣體一般占80%左右，隨著溫度升高C2H2的量也增加。一般來說，高、中溫度過熱時H2占氫烴總量的27%以下，且隨著溫度升高，H2的絕緣對含量有所增長，但其所占比例卻相對下降。嚴重過熱時除了產(chǎn)生H2外，還會產(chǎn)生大量CO、CO2，當電氣設備內(nèi)部存在接觸不良時，例如分接開關接觸不良、連接部分松動、絕緣不良，特征氣體明顯增加，當超過正常值時，其一般占總烴量80%以上，且隨著運行時間增加，C2H2所占比例也增加。

四、結論

實踐證明，油氣相色譜方法分析絕緣油內(nèi)氣體的成分和含量，可以不停電就能發(fā)現(xiàn)設備內(nèi)部是否存在潛伏性故障的有效方法，特別對發(fā)現(xiàn)局部過熱和放電比較靈敏，由于變壓器內(nèi)部故障形式和部位種類繁多，要對充油變壓器的故障部位做出準確判斷有賴于設備內(nèi)部結構和運行狀態(tài)全面掌握，并在實測中還要結合其它試驗，例如直流電阻、電壓比等試驗，并結合歷年色譜分析數(shù)據(jù)進行比較判斷，以達到及時準確發(fā)現(xiàn)故障、消除故障，確保設備安全運行的目的。

（作者單位：紅寺堡揚水管理處）