变压器绝缘油色谱分析异常的技术探讨

变压器绝缘油色谱分析异常的技术探讨

赵叙森

中国南方电网有限责任公司超高压输电公司百色局 广西百色 533000

摘要：在目前我国电力工业的变电设备检修运行管理维护中,要求对变电站的关键变压器按周期顺序进行设备故障点和气体检测分析,特别是对异常的关键变压器,需要通过检测绕组局部是否放电以及绕组是否变形等技术项目,根据应用试验检测结果分析得到的相关科学技术信息等来制定设备检修管理策略,这是帮助电力企业不断提高技术服务产品质量、降低设备运行维护成本的重要环节。本文将以一个案例进行详细分析。

关键词：变压器；异常状态；故障

一、引言

电力变压器通常是火电厂和水电站的主要电力设备之一。发电厂和大型电网传输系统中电力变压器的安全稳定正常运行已逐渐成为保证电力安全的重要一个组成环节部分。随着我国电网建设的快速发展，做好电力变压器工作的运行状态变化检测工作在电力变压器的日常设备运行管理维护中也就显得尤为重要。同时,为了最大最高限度地充分发挥电力变压器技术故障对我国电力设备生产的直接影响,需尽快准确查明电力设备技术故障及其技术发展趋势变化,准确性地分析设备故障发生原因,找出技术问题,消除技术缺陷,才能保证电力变压器安全稳定运行。

二、色谱分析与故障诊断

变压器的分类突发漏电事故大多可能是由于器件绝缘劣质老化和未及时正确排除潜在漏电故障原因引起的。变压器发生故障前,内部环境会不断发生一系列的变化。油通常也被用作大型高压电力机和变压器的气体绝缘和空气散热器的材料。此外,变压器中可能还有许多诸如硬纸板等其他固体类的绝缘材料。由于不受工作电压的直接影响,这些金属材料气体在变压器中会直接发生一定的反应,使低至高分子量的气体发生开裂。这些惰性气体将能够继续快速溶解在这些绝缘油中。将存在故障电机产生的一种惰性气体含量固定地压下来,利用色谱分析检测技术对这种气体中的含量情况进行色谱分析,可以准确性地判断供电主机和变压器的存在故障。为了有效提高线路供电系统可靠性,保证主变压器的安全、正常运行，有必要对线路主体部分的变压器设备经常进行预防性停电维护。通过对整个主电力变压器中所有气体的含量、成分及产气量的综合分析，了解整个主电力变压器的日常运行状况，采取预防措施。^[1]

1. 色谱分析诊断基本程序

如果变压器发生故障，变压器内的有机油脂会迅速分解各种有害气体。不同的断层具有不同的分解气体类型和含量。通过准确检测各种变压器泵和油中各种有害气体的性质种类和气体含量,可以准确判断各种变压器油中可能长期存在的各种故障点和类型。检测范围主要是变压器内所有气体的氧含量。测定了分子H、CH和总共烯烃的化学含量。如果H₂的含量太高,可能是由于水的湿度造成主变压器潮湿产生故障。如果乙炔含量太高，就可能使主变压器里面发生局部放电的现象。如果一个二烯烃基总烃系统中的二甲基烷烃和其他与二烯烃形成键的离子含量过高,主变压器系统可能会因此发生温度过热。

2. 气体速率的注意值

当主变压器发生故障时，绝缘油的产气量会发生相应的变化。分析主变压器故障时，应综合考虑瓦斯浓度和瓦斯产率。绝对产气量和相对产气量是主变压器内部产气量的两种类型。相对产气量存在太多缺陷，特别是当瓦斯浓度不大时，容易导致主变压器故障的误判。主变压器的绝对产气量为0.25ml/h（带开式储油柜），带隔膜储油柜为0.5ml/h。开式和隔膜式储油柜的相对产气量为每月10%。主变压器绝缘油分解气体中氢气的产气率很难确定，这是由氢气本身的特性决定的。目前的色谱分析在检测方面缺乏准确性。

3. 乙块的含量及注意值

检查变压器是否运行正常。如果在气体中发现乙炔，改变变压器电压。绝缘油内部电路也可能发生电磁放电电路故障,《绝缘油注意值导则》中未规定乙炔产气量。乙炔含气量不是判断断层严重程度的标准。有时虽然乙炔惰性气体的产量小,但有时变压器内部部件故障严重,必须及时进行各种应急故障处理。正常工作运行时各主变压器内气体不得排放有邻苯乙炔烃等气体。一旦故障检测检查到不含乙炔有毒气体,就必须特别注意检查主电源变压器的内部运行正常状态,计算检测出不含乙炔的气体产生排气量,有利于准确性地分析出主变压器内部可能同时存在的充放电器等故障的关键部位。

三、异常状态概述

在某110kV变电站110kV主变压器色谱试验中，简化试验数据未发现异常。在色谱测试中，发现总烃为200.66u/l，超过了注意值150ul。该变压器由沈阳变电所于70年代生产,1996年国家电业局修理厂大修，已经正常运转了30多年。据现场测试人员数据统计分析,此后,跟踪进行测试发现故障中的气体明显大幅增多。直到6月28日,当整台变压器的超轻瓦斯备用保护系统动作发生报警时,故障气体突然出现，达到故障峰值，整个变压器立即进入冷却待机保护状态。

四、设备中气体增长率注意值

绝对产气量A/△ txG/p，即每个工作日日生产的某种气体的平均值。与同一年5月5日（a）和6月5日（b）相比，G（油重）为15吨（油的相对密度为0.895，进入t的时差为31天）。经分析计算,总体乙烃产品含气量220mld,关注值12mld,乙炔总烃产品含气量7ml/d(气体关注值0.2ml/d)/φ,上述两种性质特征均使气体明显含量增多,超过了目前国家标准(gb/t7595-2008)中所规定的气体关注量数值,可直接判定性质为异常,具体出现故障原因需进一步检查分析。^[2]

五、大修后情况处理

主变经过大修后,对整个变压器内的绝缘油质量进行了一次除气,除气后，机器绝缘油质量数据正常。变压器设备投运后，油中聚苯乙炔烯烃含量明显超标，总烃油含量明显增加。第五天测试数据稳定。根据三项式比值法,可准确判断原因为电弧过热放电和电极过热。据了解，在变压器厂投入试运行前，经过长时间的高压试验运行，发现高压铁芯多点接地。变压器设备停运后,用一个大容量高压电流连续冲击一个铁芯两次,消除故障点,冲击瞬间铁芯发生高能电弧放电(由于电弧高能放电效应引起的的绝缘油中含有乙炔)而在变压器设备投运前,潜水泵未正常运行,油中含有故障乙炔气体未完全充分溶解在绝缘油中。空载飞机运行几天后,绝缘油材料中的各种特征惰性气体完全溶解在绝缘油中,运行后期的试验结果数据相对稳定。绝缘油的底层脱气铁屑处理大大提高了空气绝缘油的脱气质量,但是在变压器底部仍然残留的一层铁屑没有彻底将其清理干净。试验中的数据还分别表明,甲烷(CH₄)和聚氯乙烯(C₂H₄)的含量显著增加。上午空载时变压器内的油温为48℃,仍过热。油中的大量聚氯乙炔气体是用于较大容量压力电流或者人工压力冲击高压铁芯层而产生的,不是由于变压器其它故障原因引起的。^[3]

结语：通过本次综合设计检修和测试运行后的分析数据,深入分析了导致主电源变压器的过热故障主要原因,确定了主变压器为内部铁芯杂质过多故障导致内部铁芯多点过压接地故障引起的铁芯过热过压故障。色谱分析方法是一种诊断电源变压器和充放电系统故障的有效检测方法。主动式变压器的异常故障分析应根据具体出现问题情况进行原因分析。油色谱分析法主要是将燃气主机和变压器内的各种绝缘油料放置于气相实验室内可进行各种气相色谱实验分析,具有准确度高、抗干燥性强的特点。能准确及时判断供电绝缘油中油在气体中的含量、成分及实际产气量,并根据异常故障率的判断结果制定更具有效和针对性的定期检修故障率,及时准确排除供电主机和变压器异常故障,保证供电设备安全稳定正常运行,提高设备供电系统可靠性。

参考文献：

[1]王宝健.杨永尚主变压器绝缘油色谱异常分析与故障处理田华电技术，2011.

[2]現管兵.黄延庆.徐园八.主变压器地缘油色谱异常原因研究[J].华东电力，2013

[3]叶技. 油色谱分析在变压器故障诊断中的应用研究[J]切中国电业技术版，2012