:370胡華少皮先戈

(湖北華電青山熱電有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，湖北華電青山熱電有限公司電氣分公司，

湖北省武漢市青山區(qū)蘇家灣430082)

【摘要】在實(shí)際工作中，通過(guò)干式變壓器油色譜跟蹤分析，結(jié)合高壓試驗(yàn)和運(yùn)行工況的狀態(tài)診斷方法，可以準(zhǔn)確判斷主變壓器故障，進(jìn)一步確定故障位置，分析故障原因，使維護(hù)工作有針對(duì)性。

關(guān)鍵詞：干式變壓器，色譜分析，診斷，過(guò)熱故障

0前言

目前油浸干式變壓器多采用油紙組合絕緣。干式變壓器發(fā)生潛在故障時(shí)，油紙會(huì)被熱量分解，產(chǎn)生烴類氣體。不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的烴類熱穩(wěn)定性不同，因此絕緣油隨著故障點(diǎn)溫度的升高，依次裂解成烷烴、烯烴和炔烴。每種烴類氣體的較大產(chǎn)氣率都有一個(gè)特定的溫度范圍，因此絕緣油在不同的斷層性質(zhì)下產(chǎn)生不同成分和含量的烴類氣體。因此，干式變壓器油中溶解氣體的色譜分析可以盡早發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備的潛在故障，進(jìn)而提出相應(yīng)的反事故措施。是監(jiān)督和保證設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段，如是否能繼續(xù)運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行期間的技術(shù)安全措施和監(jiān)控手段，或是否需要內(nèi)部檢查和修理等。

干式變壓器發(fā)生故障時(shí)，絕緣油被裂解產(chǎn)生氣體，只有油中氣體飽和時(shí)才能從氣體繼電器中反映出來(lái)。利用色譜分析判斷干式變壓器內(nèi)部故障，可以直接分析絕緣油中各特征氣體的濃度，判斷干式變壓器是否有故障。由于氣體擴(kuò)散，故障干式變壓器不同部位絕緣油的特征氣體濃度不同。基于氣體擴(kuò)散原理，從故障干式變壓器的關(guān)鍵部位采集油樣，分析各采樣點(diǎn)的氣體濃度，判斷干式變壓器內(nèi)部故障部位。

色譜故障診斷的常用方法

1.1根據(jù)油中溶解氣體含量的特征分析數(shù)據(jù)和注意值對(duì)比來(lái)判斷

特征氣體主要包括總烴(C1 ~ C2)、C2H2、H2、CO、CO2等。干式變壓器在不同故障下產(chǎn)生的氣體具有不同的特性。根據(jù)絕緣油的氣相色譜測(cè)量結(jié)果，可以初步判斷干式變壓器等設(shè)備的產(chǎn)氣特性和特征氣體的注意值、故障的存在和故障的性質(zhì)。

1.2根據(jù)故障點(diǎn)的產(chǎn)氣率

由于某些原因，某些設(shè)備的氣體含量超過(guò)了注意值，無(wú)法判斷故障；雖然有些設(shè)備低于關(guān)注值，但如果內(nèi)容增長(zhǎng)較快，也要注意。產(chǎn)氣率更直接、更明顯地反映斷層的存在、嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)，可以進(jìn)一步確定斷層的存在和性質(zhì)。它包括絕對(duì)產(chǎn)氣率和相對(duì)產(chǎn)氣率，絕對(duì)產(chǎn)氣率必須用來(lái)判斷干式變壓器的故障。

1.3三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量或產(chǎn)氣率的關(guān)注值來(lái)判斷可能的故障時(shí)，才能用三比值法來(lái)判斷故障類型。部級(jí)《導(dǎo)則》采用IEC提出的特征氣體比三比值法作為判斷干式變壓器等充油電氣設(shè)備故障類型的主要方法。在這種方法中，每個(gè)故障對(duì)應(yīng)的一組比值是典型的，對(duì)于多個(gè)故障的聯(lián)合作用，可能找不到對(duì)應(yīng)的比值組合。這時(shí)候就要對(duì)這種非典型的比率組合進(jìn)行分析，從中可以得到斷層的復(fù)雜性和多重性的啟示。例如，121或122的三倍比率可解釋為放電和過(guò)熱。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

1.4故障嚴(yán)重程度和發(fā)展趨勢(shì)的判斷

在確定設(shè)備故障的存在和類型的基礎(chǔ)上，

我公司的#8主變壓器(SFP 3-240000/220)由沈陽(yáng)干式變壓器廠于1981年5月生產(chǎn)，并于1985年2月投入運(yùn)行。1995年隨機(jī)組大修后，基本不重載運(yùn)行，已用于220KV系統(tǒng)中性點(diǎn)切換。2004年新建#11鍋爐，#11機(jī)組擴(kuò)容，#8主變改造為散熱器容量。2004年9月1日，隨機(jī)投入帶負(fù)荷運(yùn)行。從歷史測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，自2001年以來(lái)，乙炔逐漸出現(xiàn)，總烴含量逐漸增加(分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1)。2001年6月13日，干式變壓器油經(jīng)過(guò)過(guò)濾脫氣，該數(shù)據(jù)作為背景值。2001年12月13日采樣分析，氫氣、乙炔、總烴含量嚴(yán)重超標(biāo)。

(1)用三比值法推斷：

C2H2/C2H4=41.79/591.51=0.07代碼0

CH4 ∕ H2=221.88 ∕ 119.84=1.85代碼2

C2H4 ∕ C2H6=591.51 ∕ 51.65=11.45代碼2

700以上。根據(jù)三比與溫度的關(guān)系，故障溫度為：

t=322lg(c2h4∕c2h6)+525=322lg(591.51∕51.65)+525=866

表1 # 8主變壓器色譜分析測(cè)試結(jié)果(1)單位：ppm

時(shí)間

氘

哥倫比亞

二氧化碳（carbondioxide）

CH4

C2H4

C2H6

C2H2

總烴

注意

2000/10/31

24

1091

17320

18

0

13

0

31

2001/03/01

40.39

217.22

3908

/p>

35.96

79.42

6.36

6.94

128.68

乙炔超注意值

2001/04/17

292.47

321.64

5454

324.85

873.26

74.28

96.84

1369.23

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2001/06/13

12.25

826.74

16889

15.78

13.99

3.88

0

33.65

2001/12/13

119.84

818.88

19491

221.88

591.51

51.65

41.79

906.83

乙炔、總烴超注意值

2001/12/24

199.96

17.78

106.40

0.83

0

0

0

0.83

氫氣超注意值

2002/12/28

13.4

71.4

1932

21.3

4.0

53.2

0

78.5

2002/01/18

23.6

140

2796

31

6.2

67.9

4.9

110

2002/02/28

40.4

217

3908

36

6.4

79.4

6.9

97.6

乙炔超注意值

2002/04/22

160.71

234.40

3575

248.45

655.35

55.66

32.92

992.38

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2002/04/25

208.79

256.86

3561

255.88

654.61

55.72

30.56

996.77

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2002/05/14

179.40

318.82

4365.48

281.04

725.00

62.12

31.51

1099.67

乙炔、總烴、氫氣超注意值

#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2002/05/30

210.76

297.05

4194.03

343.22

913.47

79.35

40.05

1376.09

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2002/06/20

238.27

407.48

5753.73

399.08

1214.13

106.07

68.46

1787.74

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2002/07/31

227.96

474.46

5955.23

401.03

1090.22

95.99

37.01

1624.25

2002年6月25日—7月30更換4潛油泵。乙炔、總烴、氫氣超注意值

2002/11/05

220.22

446.20

6228.28

352.67

994.67

92.76

26.22

1466.32

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2002/11/20

7.0

17.0

193.0

12.7

23.6

88.9

0.9

126.1

對(duì)干式變壓器油進(jìn)行處理后

2002/12/10

36.02

64.32

764.45

55.53

121.15

10.03

4.49

191.2

總烴超注意值

2003/01/16

38.05

100.41

962.55

74.38

151.76

12.57

4.76

169.09

總烴超注意值

2003/02/21

40.61

117.79

1011.30

77.31

158.16

12.71

5.34

253.52

乙炔、總烴超注意值

2003/04/10

38.47

143.74

1236.94

83.01

167.91

13.73

4.87

269.52

總烴超注意值

2003/05/14

41.03

234.98

1946.03

77.81

176.33

14.57

4.62

273.33

總烴超注意值

2003/12/3

42.1

330

3159

66.1

139

12

0

217

總烴超注意值

（2）絕對(duì)產(chǎn)氣速率

已知油重量37.2噸，＃8主變從6月13日運(yùn)行到12月13日共有183天，4392小時(shí)。

乙炔：γa＝(Ci,2-Ci,1)／Δt?m／ρ＝41.79×37.2÷（183×0.895）＝9.49ml/d

總烴：198.3mL/d

（3）相對(duì)產(chǎn)氣速率

γr()＝(Ci,2-Ci,1)／Ci,1×1/Δt×100＝（906.83－33.65）×100÷（33.65×6.1）

＝425／月

從上述分析可得出以下結(jié)論：＃8主變乙炔的產(chǎn)氣速率超標(biāo)，總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率超標(biāo)42倍；故障溫度為866℃，證實(shí)確實(shí)存在故障源，并且是高溫故障，與三比值法的判斷結(jié)果一致。因此，判斷出＃8主變有過(guò)熱放電現(xiàn)象，并且有可能涉及到絕緣問(wèn)題。

表2#8主變色譜分析試驗(yàn)結(jié)果（2）單位：ppm

時(shí)間

H2

CO

CO2

CH4

C2H4

C2H6

C2H2

總烴

備注

2004/10/13

34.5

77.0

650

51.1

101

8.7

6.3

168

乙炔、總烴超注意值

2004/11/1

63

75

760

55.9

115

9.7

6.7

187

乙炔、總烴超注意值

2004/11/08

127

88

875

106

228

20.3

14.3

369

停#1、7潛油泵。

乙炔、總烴超注意值

2004/11/10

198

98

1009

197

432#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

38.1

22.7

690

停#2、6潛油泵。

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2004/11/12

169

113

997

182

414

35.6

21.5

653

停#3、5潛油泵。

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2004/11/15

165

77

889

178

394

32.9

19.3

624

停#2、6潛油泵。

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2004/12/03

243

109

1205

284

652

58.2

33.0

1027

送中試化驗(yàn)。

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2004/12/27

233

85.4

928

284

626

52.9

27.9

990

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2005/01/12

54.5

4.3

106

3.3

18.5

2.6

0.68

25

過(guò)濾處理。

2005/03/07

41.5

12.4

196

79.5

161

14.4

10.2

265

乙炔、總烴超注意值

2005/03/16

43.8

16.3

217

76.5

152

13.1

9.8

251

乙炔、總烴超注意值

2005/04/05

700

102

17.6

122

149

7.4

263

541.4

機(jī)組啟動(dòng)后，油噴出。

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2005/04/11

343

16.7

418

4.1

23.7

2.0

24

53.2

油處理后。氫氣超注意值

2005/04/18

35

14.6

237

66.7

157

12.8

54.5

291

投運(yùn)6天后。

乙炔、總烴超注意值

2005/04/26

27.6

18.9

301

59.4

149

12.8

50.4

272

乙炔、總烴超注意值

2005/05/09

64

52.3

707

65.9

160

12.0

50.0

287

乙炔、總烴超注意值

2005/05/23

52.4

2.6

0

1.6

0

0

0

1.6

脫氣后分析。

2005/06/07

6.9

32.7

434

10.8

21.4

1.8

3.1

37.0

2005/06/24

12.2

74.2

1073

12.4

25.7

2.1

3.45

43.6

2005/07/04

17.1

96.5

1539

16.2

35.4

3.0

3.9

58.5

2004年#8主變大修,更換油枕、散熱器并對(duì)油處理分析合格。10月13日后啟動(dòng)運(yùn)行48小時(shí)后取油樣進(jìn)行油色譜分析試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)油中總烴、乙炔含量超過(guò)電力行業(yè)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程注意值150、5ppm的規(guī)定，達(dá)到168、6.3ppm（分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2）。

根據(jù)“三比值”法判斷故障性質(zhì)：

C2H2∕C2H4＝6.3∕101＝0.06編碼0

CH4∕H2＝51.1∕34.5＝1.48編碼2

C2H4∕C2H6＝101∕8.7＝11.61編碼2

為高于700℃高溫范圍的熱故障，根據(jù)三比值與溫度的關(guān)系，可得出故障溫度：

T＝322×lg(C2H4∕C2H6)＋525＝322×lg(101∕8.7)＋525＝868℃

為了查找原因，分別停運(yùn)潛油泵，跟蹤分析。2005年元月12日#8主變油經(jīng)過(guò)濾處理后分析結(jié)果正常；3月7日，投運(yùn)14天后取樣分析，總烴、乙炔含量超過(guò)注意值，且氣體增長(zhǎng)速度較快；4月5日，#11機(jī)組啟動(dòng)后，#8主變油噴出，取油樣分析，氫氣、乙炔、總烴含量大大超過(guò)注意值，“三比值”為1、0、2，判斷為高能量放電；4月11日，#8主變檢修，油處理后化驗(yàn)分析：閃點(diǎn)——157℃，正常；酸值——0.007，合格；微水——10ppm，合格；介損——0.016，合格；耐壓——62.6KV，合格；色譜分析——?dú)錃夂鸵胰渤^(guò)注意值。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2.2#10主變故障

10#主變（SFP９-36000/220）系保定干式變壓器廠95年5月生產(chǎn)．

表3#10主變油色譜分析試驗(yàn)結(jié)果單位：ppm

時(shí)間

H2

CO

CO2

CH4

C2H4

C2H6

C2H2

總烴

備注

2005/05/20

682

446

2069

2323

2524

784

5.3

5636

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2005/05/23

886

415

2157

3057

3344

1055

6.7

7462

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2005/05/23

——

5335

2086

16983

5428

580

48.7

23039

取繼電器氣體

2005/05/26

1230

466

2521

3978

4288

1322

9.9

9598

取主變高壓套管A相

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2005/05/26

1248

479

2570

4001

4306

1330

9.8

9648

取主變高壓套管B相

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2005/05/26

4026

483

2933

8179

11223

3729

24.6

23156

取主變高壓套管C相

乙炔、總烴、氫氣超注意值

2005/5/30

3.8

6.4

95.8

19.6

95.7

53.6

0

169

脫氣后分析

2005/06/07

8.5

25.3

411

50.6

114

52.7

0.5

218

總烴超注意值

2005/06/24

11.6

51.5

806

72.9

151

65.3

0.57

290

總烴超注意值

2005/07/04

12.8

64.6

979

133

260

111

0.86

505

總烴超注意值

5月20日取#10主變油樣分析化驗(yàn)，氫氣、乙炔含量超過(guò)GB7252—2001標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)IEC三比值法，判斷為高溫過(guò)熱故障。

5月22、23日發(fā)生輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作故障。取油樣分析氫氣含量嚴(yán)重超標(biāo)，干式變壓器油中放電，高溫過(guò)熱，熱點(diǎn)溫度高于1000℃以上，故障點(diǎn)有明顯放電痕跡。5月26日，為獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，以便準(zhǔn)備判斷故障部位，先先針對(duì)干式變壓器高壓側(cè)套管升高座內(nèi)部取油樣進(jìn)行化學(xué)色譜分析，結(jié)果C相的總烴、氫氣、乙炔濃度明顯高于本體及A、B相，初步判斷故障點(diǎn)在高壓套管內(nèi)部。

3大修檢查及故障處理

3.1#8主變故障檢查及處理

該干式變壓器從2001年12月開(kāi)始發(fā)現(xiàn)油樣內(nèi)氣體含量超標(biāo)(見(jiàn)油樣試驗(yàn)報(bào)告)，但電氣高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，經(jīng)多次濾油脫氣未解決問(wèn)題。

2001年12月24日，＃8干式變壓器檢修、真空濾油脫氣完畢，從2001年12月24日、2001年12月28日、的分析數(shù)據(jù)可以看出油中溶解氣體的含量明顯降低，但從2002年1月18日至2002年6月20日我們發(fā)現(xiàn)故障氣體的含量迅速增加，從2002年6月20日的數(shù)據(jù)利用三比值法可以得出該故障仍為高溫過(guò)熱，檢查發(fā)現(xiàn)該干式變壓器的潛油泵可能有問(wèn)題，2002年7月31日開(kāi)始更換潛油泵，2002年11月4日，＃8主變潛油泵全部更換完畢。2002年11月20日，＃8主變停運(yùn)，濾油脫氣后取樣做色譜，各項(xiàng)指標(biāo)均正常。2002年12月10日，總烴、乙炔含量接近注意值。從2003年開(kāi)始，可以發(fā)現(xiàn)，除一氧化碳、二氧化碳的含量增長(zhǎng)較快外，其余各項(xiàng)指標(biāo)變化較小。其中CO2∕CO的各次比值均大于7，說(shuō)明設(shè)備的固體絕緣有老化的現(xiàn)象。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2004年2月吊罩大修檢查，芯體內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異常情況，大修試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)合格。咨詢廠家技術(shù)人員，表明該種干式變壓器使用年限長(zhǎng)，存在絕緣老化現(xiàn)象；而且芯體結(jié)構(gòu)不合理，內(nèi)此種結(jié)構(gòu)干式變壓器僅此一臺(tái)。

2004年9月投運(yùn)以后，#8主干式變壓器油樣分析結(jié)果一直不合格，經(jīng)多種手段在體外處理無(wú)法排除，懷疑鐵芯有多點(diǎn)接地現(xiàn)象。2005年3月23日，對(duì)干式變壓器進(jìn)行針對(duì)性吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)一根油流繼電器擋板鋼絲，測(cè)量鐵芯對(duì)地絕緣4000MΩ。

2005年4月5日，#8干式變壓器非電量保護(hù)：重瓦斯、輕瓦期、主變壓力釋放及連跳FMK開(kāi)關(guān)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘,現(xiàn)場(chǎng)#8主變壓力釋放閥動(dòng)作噴油。吊罩檢查發(fā)現(xiàn)：低壓側(cè)B相引出線一分支先端軟連接片與另一分支尾端過(guò)渡板間絕緣被擊穿放電，導(dǎo)致噴油。

3.2＃10主變故障檢查及處理

經(jīng)吊管后檢查發(fā)現(xiàn)C相套管均壓銅管導(dǎo)線燒斷，同時(shí)檢查出A、B相靠干式變壓器側(cè)接頭脫焊。對(duì)缺陷進(jìn)行處理：均壓線由錫焊改為銅焊，大大增強(qiáng)焊接強(qiáng)度；高壓側(cè)引線重新纏繞油浸絕緣皺紋紙及白紗帶，加固絕緣強(qiáng)度。干式變壓器內(nèi)近40噸油也進(jìn)行濾油、真空脫氣霧化處理。＃10主變投運(yùn)后，檢查各部溫度正常，瓦斯繼電器無(wú)氣體溢出。

4故障原因分析

（1）＃8主變?cè)O(shè)計(jì)不合理，屬先天不足。

（2）＃10干式變壓器高壓出線部位帶有出線屏蔽筒，絕緣結(jié)構(gòu)為維多曼絕緣結(jié)構(gòu)，屏蔽筒內(nèi)側(cè)焊有一根同電位導(dǎo)線。同電位導(dǎo)線應(yīng)與干式變壓器線圈出線部位的連接片聯(lián)接，起到屏蔽筒與引線同電位的作用。同電位導(dǎo)線的工藝要求應(yīng)焊接牢固，焊接面平整、光滑，所選用三相導(dǎo)線應(yīng)粗細(xì)、截面相同。另需在外部加包絕緣，這樣才能符合干式變壓器對(duì)此的工藝要求。同電位導(dǎo)線焊接為錫焊，此種焊接只能用于干式變壓器的二次部位，如：CT出線接線板焊接等。此臺(tái)干式變壓器三相同電位導(dǎo)線均采用錫焊（此為假焊），在干式變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，錫焊不能承受高溫，造成焊接點(diǎn)脫落。此臺(tái)干式變壓器三相同電位導(dǎo)線所選用的導(dǎo)線，在粗細(xì)、截面上均不相同。且焊接表面沒(méi)有達(dá)到平整、光滑、牢固的工藝要求（手輕拉即斷）。干式變壓器三相同電位導(dǎo)線外部應(yīng)包絕緣，而此臺(tái)干式變壓器的導(dǎo)線均未加包絕緣，僅單繞白紗帶。

5結(jié)論

油色譜分析對(duì)診斷油浸干式變壓器潛伏故障是非常重要的。對(duì)于在運(yùn)行中的干式變壓器，通過(guò)色譜分析檢查出早期故障時(shí)，特征氣體微有增長(zhǎng)或穩(wěn)定在一定范圍時(shí)，采用氣體追蹤分析的方法監(jiān)控設(shè)備，結(jié)合其他測(cè)試手段所得出的數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合電氣試驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真分析，不僅要與規(guī)程對(duì)比，而且要與歷次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，觀察變化趨勢(shì)，進(jìn)行綜合檢測(cè)診斷，得出正確的結(jié)論，當(dāng)特征氣體增長(zhǎng)很快或含量達(dá)到一定值時(shí)，說(shuō)明故障發(fā)展迅速，必須立即停止設(shè)備運(yùn)行，吊罩檢查，查找故障部位，力求控制故障的發(fā)展，并進(jìn)一步排除故障。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

[參考文獻(xiàn)]

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SD187—86絕緣油中溶解氣體組分含量測(cè)定法（氣相色譜法）