基于油色谱技术的换流变压器异常的故障分析

基于油色谱技术的换流变压器异常的故障分析

龚晨

葫芦岛电力设备有限公司 辽宁省葫芦岛市  邮编：125000

摘要：对于直流输电系统，换流变压器是系统中最重要的设备之一，这是由于换流变压器的主要作用就是将直流电与交流电进行变换，另外该设备在制造与技术方面具有一定的复杂性，造价较高。此外，换流变压器的可靠性对整个直流系统的安全稳定运行也起到了重要作用。从换流变压器的结构来分，有单相双绕组、单相三绕组、三相三绕组、三相双绕组4种型式。在高压直流系统中选用何种型式的换流变压器，应全面考虑，大体上应根据换流变压器交直流侧的电压要求作为主要参考条件，其次考虑变压器的容量、运输以及换流站场地要求等因素。500 kV换流变压器在发生故障时，宜采用油色谱进行分析。本文以一起500 kV换流变压器在油色谱分析中产气异常故障为例，对基于油色谱在线监测的数据与离线检测数据进行了综合分析。

关键词：油色谱技术；换流；变压器

1 油色谱技术原理

色谱技术，简单来就说是一种分离方法。色谱柱是色谱分析中的关键组成部分，在色谱柱中会有一定填充物作为固定相，当混合物通过色谱柱时，流动相与固定相发生分子间相互作用，由于各组分的分子结构不同，在通过色谱柱时的运动速度也会不同。各组分在色谱柱中经过一定时间的运动，就会产生相互的距离，然后按一定次序先后从色谱柱内流出，就可以对不同物质成分起到分离作用。

由于固定相与流动相的物质形态不同，可以有气相色谱、液相色谱等。试验室常用气相色谱对绝缘油中的溶解气体组分含量进行检测，通过对各组分浓度的分析进而判断变压器是否存在放电、过热等故障。

2 油色谱技术在变压器油中气体分析的应用

通过气相色谱仪分析，可以得到油中溶解气体各组分的含量，目前国内外研究已经得到各种特征气体组分含量对应的故障类型，作为分析判断的一个依据。依据油中各气体成分与标准或经验值的比对，对变压器绝缘状态作出判断，可以得到故障所属类型、严重程度、发展趋势等。长期实践证明，通过变压器油中溶解气体分析可以更好地帮助我们掌握变压器的绝缘状态以及存在的故障问题，然后根据故障类型选择接下来的检测方案。

对于油中溶解气体的产生，一部分由于空气的进入，还有一部分由于电力变压器中的绝缘油与有机绝缘材料经过电和热的作用后会在变压器中逐渐老化，并分解出一氧化碳、二氧化碳和烃类等气体。经过油色谱分析，可以得到特征气体的各组分含量，经过前后间隔检测还可以得到其相对产气速率，通过与注意值及经验值进行比对，能够对设备故障有一定诊断。通过油中溶解气体分析，既可以反映变压器内部绝缘健康情况，也可以及时发现潜在的隐患和故障，有利于设备的安全稳定运行。

3 油色谱在线监测技术与离线检测技术

变压器油色谱在线监测系统，即在不影响变压器运行的条件下，对变压器油进行连续或定时监测的系统。对于油色谱在线监测技术，按分析成分可分为单组分气体和多组分气体两类，目前使用较多的是多组分气体的在线监测。多组分气体在线监测与试验室离线色谱分析的特征气体基本保持一致，有氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等7种气体。从两者油色谱数据的综合对比来看，在线监测数据与离线色谱数据的气体变化趋势基本保持一致，但从数据的绝对值来看，二者的差异比较明显。

4 案例简述

4.1 油色谱在线监测数据

2017年6月9日，某±500 kV换流站运维人员发现Y/Δ换流变压器C相在线油色谱数据超出注意值。经调阅历史数据发现，6月3日之前，在线油色谱数据总烃含量在90 μL·L-1左右。从6月3日开始，直流输送功率每日最大值从1 000 MW升至2 000 MW,总烃含量呈逐渐增长趋势，6月9日总烃含量为160.4 μL·L-1,后期连续观测发现总烃含量仍处在上升趋势。

4.2 油色谱带电检测数据

2017年6月13日开始对换流变压器油样进行油色谱带电检测，Y/Δ换流变压器C相总烃含量为124.8 μL·L-1,虽然没有超过注意值(150 μL·L-1),但与之前带电检测油色谱历史数据相比存在明显的上升趋势。对该变压器进行油色谱跟踪监测，发现总烃含量存在增长趋势，经分析判断该换流变压器内部存在过热缺陷。

由离线油色谱数据可以得到，从6月13日总烃含量124.8 μL·L-1较之前增大明显，至6月26日总烃超过150 μL·L-1。对于该台换流变压器检测数据可使用DL/T 722—2014中推荐的三比值法对油中溶解的5种特征气体比值进行计算如下：甲烷烃值/氢气烃值=3.56≥3,乙烯烃值/乙烷烃值=3.07>3,乙炔烃值/乙烯烃值=0.005 9<0.1,根据三比值编码规则可得对应的编码为022,即故障类型为高温过热(高于700 ℃)。

4.3 油色谱带电检测与在线监测结合跟踪分析

通过对Y/Δ换流变压器C相进行油色谱带电检测离线数据与在线监测数据结合跟踪分析，均发现总烃含量存在持续上升趋势，表明该换流变压器内部过热缺陷持续存在。

5 缺陷查找及原因分析

5.1 现场检修

2017年7月29日开始对极2 Y/Δ换流变压器C相进行停电检修工作。在设备停电后先对换流变进行绝缘试验和特性试验，通过绝缘电阻、介质损耗、直流电阻等例行试验检查，试验数据与标准值和历史值进行对比未发现明显异常。

之后对换流变压器进行初步钻芯检查，在剖开阀侧绕组的手拉手(并联连接)连接导线外层绝缘纸和均压屏蔽铝管后，发现内部5根组成一组的连接导线中靠近外侧第2根导线焊接头存在发热烧焦痕迹，由于导线还没有完全烧断，因此在直流电阻试验结果中并无异常。

5.2 原因分析

由于换流变压器的电压等级较高且容量较大，其阀侧绕组在结构上经常采用由外向内的布置方式。在该结构下，由于绕组的并联引线与金属屏蔽管连接线间的空隙较小，用以支撑并联引线和等电位连接线的绝缘垫块有可能发生错位情况，进而引起两者之间用以固定的螺栓会产生接触。当负荷较大时，等电位连接线中会流过部分负荷电流，由于接触电阻的原因会在并联引线与螺栓接触位置发生过热情况。过热故障会产生大量甲烷、乙烯以及少量乙炔、氢气等气体，由于过热程度还未发展至外部固体绝缘介质，所以一氧化碳、二氧化碳气体没有过多增长。

6 结语与展望

6.1 结语

通过本次案例，基于油色谱分析技术，从换流变压器油色谱在线监测数据的异常着手分析，及时开展油色谱离线检测，15 d内取样7次进行试验，并将离线检测数据与在线监测数据同步对比分析，由于两种技术的差异性，虽然具体数据有一定差别，但是趋势发展方向是一致的，最终判定该换流变压器故障类型为高温过热。进一步经过常规试验和钻芯检查发现阀侧绕组的手拉手(并联连接)连接导线焊接头有发热灼烧痕迹，验证了油色谱分析手段的准确性。

6.2 展望

目前换流变压器的故障分析在不断发展和完善中，很多故障分析仍基于常规变压器的故障来进行诊断，但是基于换流变自身结构特点，常规变压器的故障诊断并不能完全套用。油色谱检测技术是变压器绝缘状态诊断的重要手段，对变压器异常情况反应灵敏，当油色谱检测数据出现异常变化时应引起重视，并及时采取跟踪监测措施。将离线油色谱检测数据与在线监测数据结合跟踪分析，对比发展趋势，有助于降低现场检测强度，实时掌握缺陷发展情况，有利于优化制定检修维护策略，及时发现设备缺陷和潜在故障，保障设备的安全稳定运行。

参考文献

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