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应用油中溶解气体分析法判断变压器故障

发布时间：2011/5/20 阅读次数：1849 字体大小: 【小】【中】【大】

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王美荣，付丽君(衢州电力局，浙江衢州)

变压器|特征气体|故障

油中溶解气体分析法是用气相色谱法对不停电情况下所采集的变压器内的油样进行溶解气体分析，并根据分析结果来判断变压器状态的一种方法。众所周知，变压器内部的故障不发展到一定的程度，其电气特性不会发生质的改变，因此电气试验的电气量不能充分体现变压器的状态。而根据油中溶解气体的含量来分析诊断变压器内部的潜伏性故障则灵敏有效，是电气试验无法比拟的。

1 根据油中溶解气体进行变压器故障诊断

变压器油是由具有不同键能的化学键键合在一起的碳氢化合物分子组成的。它作为良好的介质材料在变压器中起绝缘、散热、灭弧等作用，并有其特殊的性能。

在正常运行条件下，变压器油和固体绝缘材料由于受到电场、热、水分、氧的作用，随时间而发生速度缓慢的老化现象，产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物等。

当变压器在故障状态下运行时，故障点周围的变压器油温度升高，其化学键断裂，形成多种特征气体。因不同键能的化学键在高温下有不同的稳定性，根据热力动力学原理，油裂解时生成的任何一种气体，其产气速率都随温度而变化，在一特定温度下达到最大值。随着温度的上升，最大值出现的顺序是：甲烷(CH₄)、乙烷(C₂H₆)、乙烯(C₂H₄)、乙炔(C₂H₂)。在温度高于1000℃时，还有可能形成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。故障下产生的气体通过运动、扩散、溶解和交换，将热解气体分子传递到变压器油的各部分。

油中溶解气体分析法就是根据故障下产气的累计性、故障下的产气速率和故障下产气的特性来检测与诊断变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障的，下面以实例分析油中溶解气体法在判断故障中的应用。

1．1 实例1

1993年，在对某110kV变压器(SFSZ7-31500／110)新投运的跟踪试验中发现C₂H₂超标，H₂明显增长。试样分析结果如表1所示。

数据显示，总烃不是很高，主要特征气体是H₂和C₂H₂，三比值(C₂H₂／C₂H₄、CH₄／H₂、C₂H₄／C₂H₆)分析编码为201，初步怀疑变压器内部存在低能量火花放电故障。但是经过多次追踪分析发现，H₂和C₂,H₂含量有较大变化，考虑到有载调压开关在档位切换时会产生大量的H₂和C₂H₂，持续增加的含量可能与有载开关的切换次数有关。后经停电做电气检查试验(直流电阻、泄漏电流、铁心对地绝缘等)无异常，排除了变压器本身存在潜伏性故障的可能，判断为有载调压开关油箱向主油箱渗漏的可能性较大。后来对有载开关进行检查和处理，发现油箱绝缘筒上法兰与变压器本体连接处周围渗漏，断定特征气体来源于变压器有载调压开关油箱的渗漏，系O型密封圈未紧固，主变本体充油前抽真空时，由于2个油箱的压力差，使密封圈移位所致。针对上述缺陷对本体油箱油进行脱气处理后，运行正常。

1．2 实例2

2003年1月，在对某35kV主变(SSZ7-5000／35)的年检试验中发现，特征气体严重超标，其中CH₄、C₂H₄占总烃的88．72％，并有C₂H₂，产生，数据见表2。

运用三比值法，比值编码为“002"。初步判断设备存在700℃以上的高温过热。对变压器停电进行电气检查试验，试验正常，可排除分接开关接触不良、引线夹件螺丝松动或接头焊接不良、局部短路、层间绝缘不良等引起的故障。

由于此变压器采用铁心底部经油箱直接接地的方式，固定接地点无法解除，不能直接测量铁心对地的绝缘电阻，只能通过变压器吊罩检查来判断故障是否由铁心多点接地引起。变压器钟罩吊起后进行外观检查，发现铁心上部夹件由于震动等原因而松动，使铁心与夹件相接触，造成铁芯多点接地及铁心局部环流。色谱数据中C₂H₂含量较高，是由于故障初期铁心与夹件的间歇性接触，形成微弱的电弧所致。

经过对铁心夹件进行紧固并对绝缘油进行了滤油处理后，投入运行。初次跟踪数据显示总烃增长较快，H₂组分正常。分析认为，由于变压器处理前溶解气体组分较高，而设备中总油量较少(4t)，残留在设备中吸附性较强的组分又逐步扩散到油中，因H₂较易在滤油处理中脱去，其组分回溶现象已不明显。为了验证以上分析和考察设备在夏季负荷高峰时的运行状况，对设备进行了连续跟踪，总烃绝对产气速率由初次跟踪的0．26mL／h下降为0．16mL／h，最后一次已呈负增长趋势，可认为故障已得到处理，设备运行正常。

1．3 实例3

某220kV主变(OSFPSZl0—150000／220)投运1个月就发现H₂迅速增长的情况，数据如表3所示。

从表中可以看出，油中的特征气体仅H₂迅速增长，其它组分增长不明显，怀疑是由水分进入引起。于是对水分进行跟踪测量，油中含水量未增加。据反映厂家在安装时，对散热片油漆的干燥时间不够就投入使用，而且使用的油漆是醇酸树脂漆。根据厂家提供的情况和油中CO、CO₂也略有增长，分析认为H、增长的主要原因是由于散热器内壁油漆未完全干透就投入使用，以及所使用的材料为醇酸树脂漆。由于变压器内的绝缘涂层或散热器内油漆未干透，油漆中含有的水分就会吸收大量的H₂及CO、CO₂，在投运后慢慢释放出来，且所含水分可以与铁作用生成H，同时醇酸树脂漆在温度较高且油中溶解氧的情况下，也可能因某些不锈钢的催化而生成大量的H₂。在更换了散热片及本体变压器油并进行脱气处理后，色谱跟踪数据正常。

2采用色谱法分析变压器故障的注意事项

(1)发现特征气体组分含量增长时，应缩短跟踪分析周期，并结合历史数据、产气速率、负荷情况、电气试验、新投运设备出厂前的状况、检修工艺流程等，确定故障是由于电路还是磁路或是其它原因，如辅助设备、设备材料、检修工艺等引起的，以缩小检修时的故障查找范围。

(2)由于取样阀中某些特殊的材料(如含镍不锈钢合金等)的催化作用，生成大量的氢气聚集在取样阀周围；取样阀在进行焊接后，大量在高温下产生的特征气体同样会聚集在取样阀的周围，此时取样分析的结果往往会带来误判断。因此，在取样时应先充分放油，才能取得准确反映变压器运行状况的代表性油样。

(3)放电性故障极易造成变压器事故，引起供电中断。C₂H₂是放电性故障的特征气体，一旦出现，即使小于规定的5µL／L注意值，也应引起重视。同时，应分清气体来源，防止造成误判断。比如：变压器油箱带油补焊，焊接时的高温使油分解产生大量的特征气体；有载调压变压器中分接开关灭弧室的油向变压器本体渗漏；还有油冷却系统附属设备(如潜油泵)的故障都会反映到变压器本体的油中。

(4)当变压器内部存在过热和放电故障，总烃含量很高时，应考虑变压器油老化的问题，查对油的闪点是否有下降的迹象。同时，因故障点附近的绝缘纸也会迅速裂解，使纤维素断链，产生大量的CO、CO₂，因此，根据CO、CO₂含量的变化，可判断故障是否涉及到固体绝缘材料。

(5)发现油中单一的氢气组分升高时，应测定油中微水含量，以便判断是否为设备进水受潮。对于新投运的变压器，因制造和安装过程中脱气不彻底或使用绝缘材料的不同，有时也会使某些组分(如H、等)超注意值，此时应加强检测，跟踪分析。

(6)故障变压器检修后，本体内的残油中往往残存着故障气体，另外在本体内滤油时会存在一些油循环流动的死区，这部分缺少流动的油中所含的特征气体比其它部分高，且这些气体在设备投运初期还会逐步扩散，因此在跟踪分析的初期，往往发现油中气体有明显增长的趋势。通过多次检测，当各种特征气体的产气速率逐渐减小，并经一定时间其含量趋于稳定后，才能确定检修后投运的设备故障已消除。

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