110kV变压器油色谱异常和故障的分析

110kV变压器油色谱异常和故障的分析

赵宇龙

廊坊供电公司变电检修中心 河北省廊坊市  065000

【摘要】变压设备的油色谱检测分析属于油浸式变压设备的重要检测方式之一，可以及时发现变压器内部出现的过电、过热情况，为故障类型、故障点的推断提供可靠的数据基础。试样中特征气体的浓度、比值大于注意值时，变电设备极可能存在异常问题，需要进行检修。本文阐述了110kV变压器常见故障及利用油色谱分析变压器故障的原理与方法，并对油色谱判断变压器异常时的处理对策进行探讨，以供同仁参考。

【关键词】变压器；色谱分析

1.引言

变压器油色谱分析，是目前对变压器进行运行监测和检修质量管理、实现状态检修的一项重要检测手段，能检测出变压器在电场、负荷作用下，在油中的特性气体，发现变压器过热、电弧和绝缘破坏故障，提高了变压器设备的安全性、可靠性。

2.电力变压器的故障类型

电力变压器的故障常被分为内部故障和外部故障2种。外部故障为变压器油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，其主要类型有:（1）绝缘套管闪络或破碎而发生的接地短路故障；（2）引出线之间发生相间故障等引起变压器内部故障或绕组变形等。内部故障为变压器油箱内发生的各种故障，其主要类型有:（1）各相绕组之间发生的相间短路故障；（2）绕组的线匝之间发生的匝间短路故障；（3）绕组或引出线通过外壳发生的接地故障等。变压器的内部故障从性质上一般又分为热故障和电故障2大类。热故障通常为变压器内部局部过热、温度升高。电故障通常指变压器内部在高电场强度的作用下，造成绝缘性能下降或劣化的故障。

2.变压器油色谱分析

2.1 基本原理

运行中的变压器油气相色谱分析，以检测变压器油中气体的组成和含量，是早期发现变压器内部故障征兆和掌握故障发展情况的一种科学方法。从大量统计数据中可以看出，变压器内部故障发生时产生的总烃中，各种气体的比例在不断变化，随着故障点温度的升高，CH4所占比例逐渐减少，而C₂H₄和C₂H₆所占比例逐渐增加，严重过热时将产生一定数量的C₂H₂。当达到电弧温度时，C₂H₂将成为主要成分。其特点是故障点局部能量密度越高，产生碳氢化合物的不饱和度越高。

表1 判断变压器故障的特征气体法表

表2 特征气体中主要成分与变压器异常情况的关系表

2.2油色谱方法(三比值法)

根据充油电气设备内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互信赖关系，从5种特征气体中选用两种溶解度和扩散系数相近的气体组分组成三对比值，以不同的编码表示；根据编码规则和故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据。这种方法消除了油的体积效应影响，是判断充油电气设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态可靠的诊断。利用三比值法是数十年经验与统计的结晶，准确度比较高，通常在使用三比值法时需要综合电气试验、外部检查及运行和维修记录检查等。

表3 三比值法的编码规则表

3. 110kV变压器油色谱异常和故障案例——电弧放电性故障的判断实例

3.1油色谱分析判断

某110kV主变在2018年4月21日的例行检查，油色谱分析发现油中含有乙炔2.4μL/L，总烃达到134.6μL/L，特征气体出现明显增长，但未超注意值，决定继续跟踪。一直监测到2019年5月4日，乙炔一直趋于稳定，乙炔含量在2.2μL/L左右，但总烃一直在增长，达到248.6μL/L，也趋于稳定。

到2019年6月29日，乙炔突然快速增长到4.5μL/L，总烃达到415.2μL/L，远超注意值。到2019年7月12日，乙炔达到6.6μL/L，总烃达到649μL/L。但在这个过程中，一氧化碳和二氧化碳一直稳定，没有明显变化.

表3 主变压器油色谱分析数据

3.2用三比值法进行故障判断

（1）按照GB7252-87《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的三比值法：C2H2/C2H4=6.6/416.1=0.0158，编码为0；CH4/H2=176.6/109.7 =1.6;编码为2；C2H4/ C2H6=416.1/49.7=8.3;编码为2。组合编码为0，2，2，对应的故障性质为主变压器内部有高于700℃的高温过热故障。

（2）在试验的误差范围内，油中的CO及CO2含量并未发生明显变化，若发热部位涉及绕组的纸绝缘，油中CO及CO2的含量会迅速增加，所以初步判断发热部位为裸金属高温过热。

根据分析，结合变压器内部结构，基本可以排除变压器绕组故障的可能，变压器内部能产生700℃以上高温的裸金属过热的点，也就是铁心多点接地或局部短路；磁通集中引起的铁心局部过热；分接开关引线接头接触不良；铁心和外壳产生涡流；低压引线与套管铜掌接触不良。但由于这台变压器是偶发性故障，基本可以排除磁通集中引起的铁心局部过热，及铁心和外壳产生涡流，这两项故障如果存在，就会是常态性的，变压器一投运，故障就存在，这显然不是这台变压器的故障表现。

3.3电气试验

另外通过直流电阻测试，中，低压的直流电阻比较稳定，没有发现异常。高压侧直流电阻在正分接时，B相直流电阻与A、C两相的直流电阻明显存在差异，数值比其它两相都大。

但多次转动分接开关后，B相直流电阻又恢复正常，数值在合格范围内，说明有载调压开关存在接触不稳定情况，另外，通过油色谱数据和变压器负荷情况结合分析，发现油色谱的特征气体随着变压器负荷上升增加明显，说明接触部位的故障特征更加明显，通过以上分析，变压器有载调压开关是油色谱数据异常的重点怀疑对象，决定变压器回厂解体检查。

3.4返厂检查

通过变压器入厂解体检查，发现有载调压开关B相存在故障点，故障点位于极性分接选择器B相K线头(也就是高压线圈的尾线)连接开关的定触头和极性分接选择器连接正极性时的动触头的耦合位置，定触头为圆柱形，整个定触头的圆柱面在接触部位都存在过热痕迹，银色的圆柱面烧灰烧黑。

4.结束语

即使是用油中溶解特征气体组分含量和比值法己诊断出变压器的故障性质及类型，但为了进一步预测变压器的故障状况，往往还应考察故障源的温度、功率、绝缘材料的损伤程度、故障危害性，以及故障的发展导致油中溶解气体达到饱和并使瓦斯保护动作等诸因素，以油中气体分析的多种判据对故障进行综合诊断，从而得出正确的诊断结论。

参考文献：

[1] 马丽山，谢鹏盛，等.某750kV变压器故障分析及处理[M].青海电力编辑部，2010.

[2] GB/T7252-2007，变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].

[3] DL/T417-2009 电力设备局部放电现场测量导则[S] .

[4]DL/T596－1996，电力设备预防性试验规程［S］．

[5]DL/T722－2000，变压器油中溶解气体分析和判断导则［S］．