变压器色谱异常故障的原因分析及处理对策

变压器色谱异常故障的原因分析及处理对策

王姗姗

四川华电木里河水电开发有限公司 四川 西昌 615000

摘要：在变压器的生产、运输和安装等环节，都存在着人为因素造成的安全隐患。在交接测试中，要彻底消除全部的安全隐患是比较困难的。随着变压器的使用年限的增加，一些潜在的安全隐患逐步转变成了潜在的危险，并对其造成了很大的危害。除此之外，在变压器故障的种类中，较为常见的有短路故障、放电故障、绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障、渗漏油气故障等六个方面，按照故障的原因、影响、判断方法及应该采取的相应的技术措施等，对其进行了详细的分析，并提出了相关的处理对策。

关键词：变压器；色谱异常；故障的原因分析；处理对策

前言：

变压器色色谱故障点附近的变压器油和固体绝缘材料因加热而产生的气体，其中大部分气体会不断地溶于油中，利用色谱分析的方法，可以分析溶于油中的气体及其含量，以此来对变压器内部潜在故障的性质和严重的程度进行判断，为变压器的及时维修提供了有力的依据。

一、短路故障

（1）成因、变压器短路故障主要是指变压器出口短路、内部引线或绕组间对地短路及相与相间发生的短路。（2）影响。出口短路对变压器的影响主要包括以下两个方面一是短路电流引起绝缘过热故障；二是电动力引起绕组变形甚至短路故障。（3）判断方法。测量变压器的绕组变形以及直流电阻、绝缘电阻测量等。

二、变压器的异常情况

为了保证变压器的正常运行，需要进行定期的检查和预知维护，这不但对电站运行有很大的帮助，也为下一步的检修工作提供了重要的依据。然而，在实际运行中，有关维修工作却十分困难。一方面，与变压器排查、维修有关的工作，工作量大、操作繁琐，对员工的业务素质和技能要求很高；另外，变压器在火力发电厂的安全运行和维护中起着举足轻重的作用，因此，以简单的拆解和返工为主要手段的检修方式，往往存在着一定的缺陷，难以推广使用。基于上述原因，迫切需要一种更加有效、直接、方便的维护方式，因此，用检测色谱的异常来对变压器进行诊断的方法就应运而生了。在电力系统中，变压器的故障通常可以从色谱图中发现。仪器故障、人为操作失误，以及其他一些客观的原因，都可能引起色谱的不正常现象。由此可以看出，通过对色谱的观察，可以很直接地了解到变压器的异常状况。以色谱为依据，检修人员可以快速地做出判断，并对发生了异常的变压器进行排查，在很短的时间之内就可以找到循环电流的问题，并利用对部分停电进行检查，从而确定出色谱中发生异常的区域和异常发生的原因[1] 。

三、变压器色谱异常故障的原因

造成色谱异常的因素是多方面的。比如，在生产过程中，对设备生产过程中，由于没有严格的控制（如在铁芯结构件中，没有去除油漆，没有固定螺栓，没有做好固定），导致了安全问题；由于支撑杆的锈蚀、发霉等原因，使其绝缘性能较差，造成局部过热，出现碳化现象；由于轴承的破坏而产生的金属粉末，潜油泵的异常，以及因局部短路而引起的变压器油温度升高等。当变压器的色谱图发生异常时，就说明存在着隐患或者是发生了故障。此外，变压器的失效是由于设备中经过一系列的声光和热作用而引起的。在变压器出现局部放电、过热、氧化等异常情况时，其中的绝缘介质－绝缘油和固体绝缘体将逐渐退化，并经过一系列的化学反应，裂解为各种故障气体。这种气体是缓慢地溶于绝缘油中，并且随装置内温度的升高，其生成与溶出速度逐渐加快。所以，在变压器中，溶气的生成速度、组成和含量，都与故障的种类和严重性密切相关。从这一点可以看出，通过与故障气体有关的参数来推测装置内部的异常状况和发展趋势，从而可以对装置的运行状况做出诊断。从故障的种类来看，一般可将其划分为两类：一是由于内部操作原因引起的。在电力系统中，由于电力系统的作用，导致了故障气的产生率、组成和含量的改变。在变压器油由于受热而分解时，在变压器内产生的能量会导致一些C-C键、C-H键发生断裂，从而生成了碳氢化合物低分子气体（如CH4、C2H6、C3H8）和氢气。而在变压器油因内部放电而发生裂解时，裂解生成的气体中也应该含有乙炔；第二是固态绝缘物的绝缘性降低。变压器的绝缘材料（例如绝缘纸板）在加热过程中，会发生破裂、分解，其中 CO、CO2等气体的生成[2] 。

四、变压器色谱异常故障原因的处理策略

（一）色谱分析法

变压器色谱分析，通常通过比较两相中各溶解气体成分的分布系数来确定。在流动相和固定相的介质中，由于气体组分在运动中进行了多次分配，从而形成了不同的分配系数，根据该原理可以进行检测和分析。当前，在电力企业中，一般都会采取一种预防性的诊断检修计划，对变压器油的溶解气体成分、含量及产生速率进行分析，并对设备内部的隐患和异常状况进行及时地排查。这就是最基础的色谱技术，也是所谓的溶气色谱技术。色谱分析法指的是从变压器中采集部分油样，对其中的溶解气体组分、含量等特征参数进行分析，从而对变压器设备的潜在风险及故障进行诊断，并对故障类型及故障区域进行判断。该方法快速、准确，安全、经济，有效地鉴别出变压器有无潜在的、可能的故障；可以为有关部门的维修工作提供科学准确的依据。经过几年的技术革新，国际上已经形成了基于缺陷气体特性（如气体类型、含量等）的探测方法、三比率法等，其准确率均在90%以上。其中，色谱法在工业上应用较多。相对于离线测试，在线测试最大的优点就是可以在第一时间对装置进行监控，并根据系统中的数据进行分析，从而判断装置中有没有可能出现的问题。该方法克服了因工作场所电磁干扰而带来的不利条件，且具有可重复使用的优点。

（二）技术改进措施。

（1）电磁计算方面。在保证系统性能指标和温升极限的同时，对系统发生故障时的动力过程进行了全面的分析。在确保线圈稳定的前提下，对拉条数量、导线的宽厚比以及导线的许用应力进行了合理的选取。在进行安匝均衡配置时，要依据额定抽头及各等级的抽头状况进行总体优化，尽可能地减少不对称安匝。（2）绕组结构方面。绕组是既能产生电力，又能直接承受电力的结构构件，为了确保绕组在发生短路时的稳定，需要根据其受力状况，让绕组在各方面都有可靠的支撑。具体的做法是：在线圈的内部安装一个硬质的绝缘圆筒，在线圈的外部安装一个外撑，并确保这个外撑被稳稳地压在线段上。为减小单螺线低电压线圈的终端漏电场畸变，每一线圈的端头都要平整一圈。对等效轴向电流较大的低压和调压绕组，应根据其相应的功率，采用特殊的方式固定绕组出头，并在出头位置和换位处采用适形的垫块，以保证绕组的稳定。（3）铁芯结构方面。轴向电流动力最终作用于铁芯结构中。当铁芯结构不平衡或出现扭曲后，将造成线圈中心的不平衡，从而导致电流互感器的变形损坏。所以，在对铁芯各部分结构件的设计中，应为其重量留出适当的余量，并且在各个部件之间尽可能地使用无间隙配合和互锁结构，从而将变压器器身变成一个牢固的整体[3] 。

结束语：

总而言之，变压器作为火力发电厂中最主要的一种，对其进行定期的检修和保养是非常重要的。然而，在实践中，由于变压器的维修工作十分复杂，工作量很大，而且还存在着很大的风险，所以需要采用更多的先进技术。变压器色谱分析可以精确地找到故障发生的原因和故障元件，从而使原本复杂的工作变得简单，确保了电厂的稳定运行。

参考文献：

[1] 翟代玉. 220kV变压器色谱异常故障分析及处理[J]. 科学与财富，2019(23)：61.

[2] 周婷婷. 水力发电厂220KV主变压器油色谱异常原因分析及故障处理探究[J]. 中国科技投资，2019(33)：82.

[3] 简博恒，李世卿，董诗琪. 基于油色谱技术的换流变压器异常的故障分析[J]. 电力与能源，2022，43(6)：515-517，528.