变压器油溶解气体异常的综合化学试验分析

变压器油溶解气体异常的综合化学试验分析

梁毅然

广东电网有限责任公司湛江供电局  广东省湛江市  524000

摘要：随着电力系统的不断发展，变压器油色谱在线检测系统作为对变压器最有效的检测手段之一被大量引入电力系统中。本文介绍了油色谱在线监测装置的原理，通过一起油色谱在线装置发现变压器油缺陷的典型案例，运用现场检查、实验室油色谱测试等手段对其进行综合分析判断，最后通过解体验证了试验分析的有效性和准确性。

关键词：电力变压器；油色谱；在线监测；技术探讨

1.前 言

在电气试验中，通过气相色谱分析绝缘油中溶解气体，能尽早的发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障，是绝缘监督的一种重要手段。通过安装色谱在线监测系统，通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，可以实现大型变压器内部运行状态的在线监控，能够及时发现和诊断其内部故障，随时掌握设备的运行状况，弥补了试验室色谱分析的不足，为保证变压器的安全经济运行和状态检修提供了技术支持，是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段，可以给电力行业带来巨大的经济效益和社会效益。

本文就变压器油色谱的影响因素进行探讨与分析，并对一起比较典型的变压器故障案例进行综合分析。

2.电力变压器油色谱在线监测的基础功能和工作原理

绝缘油色谱在线测装置主要由色谱数据采集器、数据处理服务器、监控软件、载气及其他连接附件组成。而整个系统核心部件包括：电磁六通阀、一体式油泵、温度控制器、气泵、检测器、复合色谱柱等。装置先从变压器中提取油样，然后通过某种脱气方式进行油气分离，将脱出的气体通过色谱柱再进行组分分离，分离后的气体一次被气体检测器检测出，再进行数据处理转换成气体含量，最后通过专家诊断判断变压器是否出现故障。其中，油气分离和组分分离部分是色谱装置的核心所在。

油色谱在线监测装置的工作流程油气分离、组分分离、气体检测、数据处理及传输、专家诊断。主机按照设定的周期开机后首先自检，根据环境条件分别启动一级和二级温控系统，整机稳定后进行油路循环，然后变压器本体油进入脱气装置进行油气分离，脱出的混合气体经色谱柱分离，依次进入检测器，由电路系统换算后的各组分浓度数据，通过有线通讯系统传输到后台监控工作站上面，工作站根据历史数据自动生成浓度变化趋势图，超过设定注意值时进行声光报警，同时工作站根据自带的专家智能诊断系统进行故障诊断。

3.故障案例

3.1设备概况

在2018年6月份，某220kV变电站#1主变安装了“中分3000色谱在线监测系统”，在安装后的一年多的时期内，主变的油色谱在线监测结果一直比较稳定，检测结果与离线色谱也比较一致，证明主变一直处于正常运行的状态，但是在2019年8月17日，油色谱在线监测装置检测的数据突然呈现明显增长趋势，产气速率超过了预设的报警值并进行了报警，特征气体中以甲烷、乙烯增长较明显，一氧化碳、二氧化碳略微增长，于是将在线监测的试验周期缩短，发现总烃仍然大幅增长。

3.2在线监测数据情况

3.3现场检查情况

在10月24日－11月2日进行A类检修，发现变压器220kVB相高压引线与套管尾端处有明显过热痕迹，引线烧断2.5股，共4股受损（该引线为30股左右并绕软铜线），绝缘用纸和白布带局部已烧损、碳化。

3.4实验室油色谱对比分析

3.5理论分析

通过计算C2H2／C2H4、CH4／H2和C2H4／C2H6的值，构成三对比值，对应不同的编码，分别对应经统计得出的不同故障类型。

以2019年9月4日下午实验室数据进行计算：

C2H2／C2H4=0/289=0<0.1

CH4／H2=189.3/48.1≈3.93≥3

C2H4／C2H6=289/70.9≈4.08≥3

根据色谱数据变化情况，由于一氧化碳、二氧化碳增长幅度不大，故故障部位应基本不涉及固体绝缘，乙炔含量很少，故内部无放电故障，根据在线监测结果自带的“改良三比值”计算法，故障编码为022，故障部位为大于700℃以上高温过热。

3.6解体和原因分析

潜油泵测温、现场检查无异常，排除了潜油泵过热；主变本体热量均匀，排除了漏磁涡流；铁芯接地电流正常，排除了多点接地。根据色谱数据变化情况，由于一氧化碳、二氧化碳增长幅度不大，故故障部位应基本不涉及固体绝缘，乙炔含量很少，故内部无放电故障，根据在线监测结果自带的“改良三比值”计算法，故障部位为大于700℃以上高温过热。由于线圈内存在大量固体绝缘，因此初步认为应是与负荷有关的线圈外部裸金属过热，应重点怀疑分接开关接触部位、内部引线螺丝松动或接头焊接不良等电回路过热等。

在10月24日－11月2日进行A类检修，发现变压器220kVB相高压引线与套管尾端处有明显过热痕迹，引线烧断2.5股，共4股受损（该引线为30股左右并绕软铜线），绝缘用纸和白布带局部已烧损、碳化，这和在线监测给出的过热故障类型非常一致。

分析造成引线断股的原因为：主变套管、引线安装连接时B相引线反向受力不匀，有散股现象，进入套管内后引线与套管末端摩擦受力，导致局部绝缘损伤，在主变正常运行振动等作用力下最终绝缘破损，引线与套管内侧铜管末端接触，运行时主变电流（约300A）中一部分通过套管内侧铜管经接触点流入主变绕组，导致发热、油色谱异常。

3 结论及建议

通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，实现了对变压器内部运行状态的在线监控。如上述案例，从2009年的8月由正常状态下监测到各组分大幅增长，到10月份主变停电检修，也就是短短的2个月时间，及时发现和诊断出其内部故障，为保证变压器的安全经济运行和状态检修提供了技术支持。反过来说如果没有加装在线监测系统，按照规程的6个月取一次油样试验，将不可避免造成一次恶性事故的发生。

通过安装色谱在线监测系统，通过对绝缘油中溶解气体的测量和分析，可以实现大型变压器内部运行状态的在线监控，能够及时发现和诊断其内部故障，随时掌握设备的运行状况，弥补了试验室色谱分析的不足，为保证变压器的安全经济运行和状态检修提供了技术支持，是保证变压器及电网系统安全经济运行的重要手段，可以给电力行业带来巨大的经济效益和社会效益。另外，在对变压器设备油色谱数据进行在线监测时，需要根据监测要求，选择合适装置类型，并且融合最新科学技术，构建综合监控系统。在对色谱数据信息进行采集和测量以及监测、诊断时，可以对变压器设备实际运行情况进行真实反映，从而为变电站以及电力项目运维管理工作提供有效数据支持。要想提高在线监测水平，企业还需要在现有技术基础上，对其进行创新和优化，并且引进更加专业工作人员，通过建立健全运维管理体系，促进各项工作进行更好发展。