一起500KV变压器油中出现乙炔气体原因浅析

一起500KV变压器油中出现乙炔气体原因浅析

王晓刘定勇

（大亚湾核电运营管理有限责任公司广东省深圳市518100）

摘要：针某电站500KV主变C相在局放试验后出现微量乙炔气体问题，本文分析了油中乙炔的可能来源，并对其来源进行分析、验证和排除，认为该变压器油中乙炔源于油中微小气泡放电的可能性最大。

关键词：主变压器；局放；微量；乙炔；气泡放电

1引言

某电站为两台百万机组，均采用发电机－断路器－变压器组的单元接线方式接至主开关站向电网供电。主变压器的额定容量是1200MVA，每组主变压器（简称主变）由3台额定容量为400MVA的单相（无载）变压器组成。

主变于2009年8月受电，2010年10月份3号机组投入商业运行，期间主变的油色谱正常。2011年8月26日机组进入第一次机组检修，在完成排油内检和常规预试后进行了局放试验，期间可监测的最大局放量为58pC，满足小于100pC的要求，加压期间局放量没有明显的变化。局放试验后油色谱检测出0.07ppm的乙炔气体，其它特征气体无明显变化；后取样至广东中试进行复检，结果是乙炔的含量为0.1ppm。

2乙炔可能来源分析

2.1乙炔气体的产生机理

变压器中的绝缘油是由许多不同分子量的碳、氢元素组成的有机化合物。当温度上升到一定程度时，变压器油开始分解为分子质量小的气态有机物质，当温度达到100～150℃以上时会产生甲烷及乙烷，300～600℃以上时乙烯，而乙炔产生的温度要在700～1200℃以上，温度升高的过程中往往伴随着氢气产生。

当变压器内发生放电性故障时，变压器油中会产生以乙炔和氢气为主要成份的故障特征气体，也就是说变压器油中乙炔的产生需要一定的条件，即高温或者放电。

2.2油中乙炔气体的可能来源

根据乙炔气体产生的机理，结合本次主变主要检修项目及工艺过程，分析主变油中产生乙炔气体的可能原因有以下五种：

1.主变内部绝缘缺陷；

2.滤油设备故障；

3.主变冷却油泵故障；

4.主变区域焊接工作；

5.油中微小气泡放电；

2.3可能原因的分析和论证

2.3.1主变内部绝缘缺陷

该变压器在日常运行期间油样、温度等各项参数均正常。9月4日，厂家技术人员对其进行了排油内检，变压器内部可使部分未发现任何异常；主变绕组绝缘、直阻及介损等常规预防性试验的结果均正常。9月14日局放试验期间可监测到的最大局放量为58pC，满足小于100pC的要求，且在加压期间局放量没有明显的变化。局放试验后油色谱检测出微量的乙炔气体，其它特征气体含量没有明显变化，详见表1。

表1、主变C相油中溶解气体分析结果（ppm）

若变压器绕组及引线、铁芯、油纸绝缘等部件存在绝缘缺陷，在局放试验1.3倍的电压下可监测到局放量绝不是几十pC，可能高达几千甚至上万pC，另外，油色谱中不可能只检测出微量的乙炔气体，其它故障特征气体会有比较明显的变化，

为了加以验证，对该相主变滤油后再次进行局放试验，第二次局放试验期间可检测到的最大局放量为92pC，局放试验后的油样未见异常。

结论：油中乙炔气体不是由于主变内部绝缘缺陷所致。

2.3.2主变冷却器油泵故障

主变冷却油泵因为电机绝缘击穿或者机械摩擦，都可能产生特征气体，多数是过热性气体，但有时也会产生放电性气体（如乙炔）。

主变连续运行近两年时间期间冷却油泵长期运行，油泵的噪声、振动、电流等参数均正常，油色谱均正常。在本次大修中测量了油泵电机绝缘和直阻，结果合格。另外在变压器油静置期间启动冷却油泵进行动态排气，油泵启动前后的油色谱未见异常，为了进一步验证，在主变送电后分别启动1/3、2/4号冷却油泵运行，期间进行油色谱分析，结果正常。

结论：油中乙炔气体不是由于冷却油泵故障导致的。

2.3.3主变滤油机故障

针对滤油机可能存在缺陷的问题，完成了滤油机离线滤油试验，滤油机将油罐中得油品滤油5h，滤油后油中未检出乙炔；但由于油罐中油量较少，滤油时间相对较短，离线滤油试验仍不足以排除由于滤油机的缺陷产生乙炔

为了进一步的验证，将该台滤油机对备用相变压器进行滤油48h的工作，并分阶段跟踪油样变化情况，油色谱分析未见异常。

若滤油期间产生乙炔，则在几十个小时的油静置期间油样中有所体现，但此期间油色谱均正常。结论：主变油中乙炔气体不是由于滤油设备故障引入的。

2.3.4主变区域的焊接工作

日常运行期间发现主变C相顶部高压侧消防管与主变冷却器的支撑牛腿轻微接触碰磨，为了保证主变本体和消防水管不受相互机械作用造成破坏，9月12日采用将消防管线通过弯头水平南移的调整方式，调整期间对消防管线进行焊接工作，焊接点距离变压器大约几十厘米，另在主变本体上覆盖了防火布，而且焊接的方向是背向变压器的方向，在焊接工作结束后48小时内两次取样进行分析，油色谱正常。

结论：主变油中乙炔气体不是由于主变区域的焊接工作导致的。

2.3.5油中微小气泡放电

变压器真空注油时，绝大部分油中残留的气体会被抽出，但总是有极少量气体溶解在油中，在变压器注满油后静置期间，这些气体会慢慢逸出，即使在油静置期间多次排气，也不可能完全排尽。

在变压器绝缘的单元体积内，电场分布与绝缘介质的介电常数成反比，气体的介电常数小于油介电常数的一半，所以气体的电场强度比油的要高两倍以上，而气体的耐电场强度比油纸绝缘要低很多，从而使气泡更容易放电。

油中微小气泡放电的时间极短，一般为纳秒级，这样的放电信号是很难捕捉的，需要采样频率为几百兆赫兹，而现场局放测量仪的最高采样频率为300KHZ，这也就是局放试验期间现场没有观察到明显放电现象的原因。

微小气泡放电的时间极短，放电分解的油较小，但其强大的放电能量会使油中产生乙炔气体，而乙炔气体的扩散速度很快，这也验证为何现场局放试验后2小时后就在油样中检测出乙炔，但其含量很低。

微小气泡的放电不会引起油纸绝缘的分解，属于非破坏性放电，不影响变压器的运行。

结论：主变油中乙炔来源于油中微小气泡的一次性放电。

3结论

根据上文分析，主变C相局放试验后油中乙炔气体源于油中微小气泡一次性放电，由于微小气泡的放电属于非破坏性放电，不影响变压器的运行。

参考文献：

[1]GB/T7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则.

[2]董宝骅.变压器油中溶解气体分析法应用中存在的问题及产气识别电力设备2008

[3]董宝骅何平油浸式电力变压器的局放放电测量试验变压器20008

[4]唐矩朱黎明麻守孝等绝缘油中悬移气泡局部放电特性高电压技术2010