油色譜診斷干式變壓器主要缺陷及故障原因
:370胡華少皮先戈
(湖北華電青山熱電有限公司生產技術部，湖北華電青山熱電有限公司電氣分公司，
湖北省武漢市青山區蘇家灣430082)
【摘要】在實際工作中，通過干式變壓器油色譜跟蹤分析，結合高壓試驗和運行工況的狀態診斷方法，可以準確判斷主變壓器故障，進一步確定故障位置，分析故障原因，使維護工作有針對性。
關鍵詞：干式變壓器，色譜分析，診斷，過熱故障
0前言
目前油浸干式變壓器多采用油紙組合絕緣。干式變壓器發生潛在故障時，油紙會被熱量分解，產生烴類氣體。不同化學鍵結構的烴類熱穩定性不同，因此絕緣油隨著故障點溫度的升高，依次裂解成烷烴、烯烴和炔烴。每種烴類氣體的較大產氣率都有一個特定的溫度范圍，因此絕緣油在不同的斷層性質下產生不同成分和含量的烴類氣體。因此，干式變壓器油中溶解氣體的色譜分析可以盡早發現充油電氣設備的潛在故障，進而提出相應的反事故措施。是監督和保證設備安全運行的重要手段，如是否能繼續運行，連續運行期間的技術安全措施和監控手段，或是否需要內部檢查和修理等。
干式變壓器發生故障時，絕緣油被裂解產生氣體，只有油中氣體飽和時才能從氣體繼電器中反映出來。利用色譜分析判斷干式變壓器內部故障，可以直接分析絕緣油中各特征氣體的濃度，判斷干式變壓器是否有故障。由于氣體擴散，故障干式變壓器不同部位絕緣油的特征氣體濃度不同。基于氣體擴散原理，從故障干式變壓器的關鍵部位采集油樣，分析各采樣點的氣體濃度，判斷干式變壓器內部故障部位。
色譜故障診斷的常用方法
1.1根據油中溶解氣體含量的特征分析數據和注意值對比來判斷
特征氣體主要包括總烴(C1 ~ C2)、C2H2、H2、CO、CO2等。干式變壓器在不同故障下產生的氣體具有不同的特性。根據絕緣油的氣相色譜測量結果，可以初步判斷干式變壓器等設備的產氣特性和特征氣體的注意值、故障的存在和故障的性質。
1.2根據故障點的產氣率
由于某些原因，某些設備的氣體含量超過了注意值，無法判斷故障；雖然有些設備低于關注值，但如果內容增長較快，也要注意。產氣率更直接、更明顯地反映斷層的存在、嚴重程度和發展趨勢，可以進一步確定斷層的存在和性質。它包括絕對產氣率和相對產氣率，絕對產氣率必須用來判斷干式變壓器的故障。
1.3三比值法判斷
只有根據各特征氣體含量或產氣率的關注值來判斷可能的故障時，才能用三比值法來判斷故障類型。部級《導則》采用IEC提出的特征氣體比三比值法作為判斷干式變壓器等充油電氣設備故障類型的主要方法。在這種方法中，每個故障對應的一組比值是典型的，對于多個故障的聯合作用，可能找不到對應的比值組合。這時候就要對這種非典型的比率組合進行分析，從中可以得到斷層的復雜性和多重性的啟示。例如，121或122的三倍比率可解釋為放電和過熱。 #p#分頁標題#e#
1.4故障嚴重程度和發展趨勢的判斷
在確定設備故障的存在和類型的基礎上，
我公司的#8主變壓器(SFP 3-240000/220)由沈陽干式變壓器廠于1981年5月生產，并于1985年2月投入運行。1995年隨機組大修后，基本不重載運行，已用于220KV系統中性點切換。2004年新建#11鍋爐，#11機組擴容，#8主變改造為散熱器容量。2004年9月1日，隨機投入帶負荷運行。從歷史測試數據來看，自2001年以來，乙炔逐漸出現，總烴含量逐漸增加(分析數據見表1)。2001年6月13日，干式變壓器油經過過濾脫氣，該數據作為背景值。2001年12月13日采樣分析，氫氣、乙炔、總烴含量嚴重超標。
(1)用三比值法推斷：
C2H2/C2H4=41.79/591.51=0.07代碼0
CH4 ∕ H2=221.88 ∕ 119.84=1.85代碼2
C2H4 ∕ C2H6=591.51 ∕ 51.65=11.45代碼2
700以上。根據三比與溫度的關系，故障溫度為：
t=322lg(c2h4∕c2h6)+525=322lg(591.51∕51.65)+525=866
表1 # 8主變壓器色譜分析測試結果(1)單位：ppm
時間
氘
哥倫比亞
二氧化碳（carbondioxide）
CH4
C2H4
C2H6
C2H2
總烴
注意
2000/10/31
24
1091
17320
18
0
13
0
31
2001/03/01
40.39
217.22
3908
/p>35.96
79.42
6.36
6.94
128.68
乙炔超注意值
2001/04/17
292.47
321.64
5454
324.85
873.26
74.28
96.84
1369.23
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2001/06/13
12.25
826.74
16889
15.78
13.99
3.88
0
33.65
2001/12/13
119.84
818.88
19491
221.88
591.51
51.65
41.79
906.83
乙炔、總烴超注意值
2001/12/24
199.96
17.78
106.40
0.83
0
0
0
0.83
氫氣超注意值
2002/12/28
13.4
71.4
1932
21.3
4.0
53.2
0
78.5
2002/01/18
23.6
140
2796
31
6.2
67.9
4.9
110
2002/02/28
40.4
217
3908
36
6.4
79.4
6.9
97.6
乙炔超注意值
2002/04/22
160.71
234.40
3575
248.45
655.35
55.66
32.92
992.38
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2002/04/25
208.79
256.86
3561
255.88
654.61
55.72
30.56
996.77
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2002/05/14
179.40
318.82
4365.48
281.04
725.00
62.12
31.51
1099.67
乙炔、總烴、氫氣超注意值
#p#分頁標題#e#2002/05/30
210.76
297.05
4194.03
343.22
913.47
79.35
40.05
1376.09
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2002/06/20
238.27
407.48
5753.73
399.08
1214.13
106.07
68.46
1787.74
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2002/07/31
227.96
474.46
5955.23
401.03
1090.22
95.99
37.01
1624.25
2002年6月25日—7月30更換4潛油泵。乙炔、總烴、氫氣超注意值
2002/11/05
220.22
446.20
6228.28
352.67
994.67
92.76
26.22
1466.32
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2002/11/20
7.0
17.0
193.0
12.7
23.6
88.9
0.9
126.1
對干式變壓器油進行處理后
2002/12/10
36.02
64.32
764.45
55.53
121.15
10.03
4.49
191.2
總烴超注意值
2003/01/16
38.05
100.41
962.55
74.38
151.76
12.57
4.76
169.09
總烴超注意值
2003/02/21
40.61
117.79
1011.30
77.31
158.16
12.71
5.34
253.52
乙炔、總烴超注意值
2003/04/10
38.47
143.74
1236.94
83.01
167.91
13.73
4.87
269.52
總烴超注意值
2003/05/14
41.03
234.98
1946.03
77.81
176.33
14.57
4.62
273.33
總烴超注意值
2003/12/3
42.1
330
3159
66.1
139
12
0
217
總烴超注意值
（2）絕對產氣速率
已知油重量37.2噸，＃8主變從6月13日運行到12月13日共有183天，4392小時。
乙炔：γa＝(Ci,2-Ci,1)／Δt?m／ρ＝41.79×37.2÷（183×0.895）＝9.49ml/d
總烴：198.3mL/d
（3）相對產氣速率
γr()＝(Ci,2-Ci,1)／Ci,1×1/Δt×100＝（906.83－33.65）×100÷（33.65×6.1）
＝425／月
從上述分析可得出以下結論：＃8主變乙炔的產氣速率超標，總烴的相對產氣速率超標42倍；故障溫度為866℃，證實確實存在故障源，并且是高溫故障，與三比值法的判斷結果一致。因此，判斷出＃8主變有過熱放電現象，并且有可能涉及到絕緣問題。
表2#8主變色譜分析試驗結果（2）單位：ppm
時間
H2
CO
CO2
CH4
C2H4
C2H6
C2H2
總烴
備注
2004/10/13
34.5
77.0
650
51.1
101
8.7
6.3
168
乙炔、總烴超注意值
2004/11/1
63
75
760
55.9
115
9.7
6.7
187
乙炔、總烴超注意值
2004/11/08
127
88
875
106
228
20.3
14.3
369
停#1、7潛油泵。
乙炔、總烴超注意值
2004/11/10
198
98
1009
197
432#p#分頁標題#e#
38.1
22.7
690
停#2、6潛油泵。
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2004/11/12
169
113
997
182
414
35.6
21.5
653
停#3、5潛油泵。
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2004/11/15
165
77
889
178
394
32.9
19.3
624
停#2、6潛油泵。
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2004/12/03
243
109
1205
284
652
58.2
33.0
1027
送中試化驗。
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2004/12/27
233
85.4
928
284
626
52.9
27.9
990
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2005/01/12
54.5
4.3
106
3.3
18.5
2.6
0.68
25
過濾處理。
2005/03/07
41.5
12.4
196
79.5
161
14.4
10.2
265
乙炔、總烴超注意值
2005/03/16
43.8
16.3
217
76.5
152
13.1
9.8
251
乙炔、總烴超注意值
2005/04/05
700
102
17.6
122
149
7.4
263
541.4
機組啟動后，油噴出。
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2005/04/11
343
16.7
418
4.1
23.7
2.0
24
53.2
油處理后。氫氣超注意值
2005/04/18
35
14.6
237
66.7
157
12.8
54.5
291
投運6天后。
乙炔、總烴超注意值
2005/04/26
27.6
18.9
301
59.4
149
12.8
50.4
272
乙炔、總烴超注意值
2005/05/09
64
52.3
707
65.9
160
12.0
50.0
287
乙炔、總烴超注意值
2005/05/23
52.4
2.6
0
1.6
0
0
0
1.6
脫氣后分析。
2005/06/07
6.9
32.7
434
10.8
21.4
1.8
3.1
37.0
2005/06/24
12.2
74.2
1073
12.4
25.7
2.1
3.45
43.6
2005/07/04
17.1
96.5
1539
16.2
35.4
3.0
3.9
58.5
2004年#8主變大修,更換油枕、散熱器并對油處理分析合格。10月13日后啟動運行48小時后取油樣進行油色譜分析試驗時，發現油中總烴、乙炔含量超過電力行業電力設備預防性試驗規程注意值150、5ppm的規定，達到168、6.3ppm（分析數據見表2）。
根據“三比值”法判斷故障性質：
C2H2∕C2H4＝6.3∕101＝0.06編碼0
CH4∕H2＝51.1∕34.5＝1.48編碼2
C2H4∕C2H6＝101∕8.7＝11.61編碼2
為高于700℃高溫范圍的熱故障，根據三比值與溫度的關系，可得出故障溫度：
T＝322×lg(C2H4∕C2H6)＋525＝322×lg(101∕8.7)＋525＝868℃
為了查找原因，分別停運潛油泵，跟蹤分析。2005年元月12日#8主變油經過濾處理后分析結果正常；3月7日，投運14天后取樣分析，總烴、乙炔含量超過注意值，且氣體增長速度較快；4月5日，#11機組啟動后，#8主變油噴出，取油樣分析，氫氣、乙炔、總烴含量大大超過注意值，“三比值”為1、0、2，判斷為高能量放電；4月11日，#8主變檢修，油處理后化驗分析：閃點——157℃，正常；酸值——0.007，合格；微水——10ppm，合格；介損——0.016，合格；耐壓——62.6KV，合格；色譜分析——氫氣和乙炔超過注意值。#p#分頁標題#e#
2.2#10主變故障
10#主變（SFP９-36000/220）系保定干式變壓器廠95年5月生產．
表3#10主變油色譜分析試驗結果單位：ppm
時間
H2
CO
CO2
CH4
C2H4
C2H6
C2H2
總烴
備注
2005/05/20
682
446
2069
2323
2524
784
5.3
5636
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2005/05/23
886
415
2157
3057
3344
1055
6.7
7462
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2005/05/23
——
5335
2086
16983
5428
580
48.7
23039
取繼電器氣體
2005/05/26
1230
466
2521
3978
4288
1322
9.9
9598
取主變高壓套管A相
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2005/05/26
1248
479
2570
4001
4306
1330
9.8
9648
取主變高壓套管B相
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2005/05/26
4026
483
2933
8179
11223
3729
24.6
23156
取主變高壓套管C相
乙炔、總烴、氫氣超注意值
2005/5/30
3.8
6.4
95.8
19.6
95.7
53.6
0
169
脫氣后分析
2005/06/07
8.5
25.3
411
50.6
114
52.7
0.5
218
總烴超注意值
2005/06/24
11.6
51.5
806
72.9
151
65.3
0.57
290
總烴超注意值
2005/07/04
12.8
64.6
979
133
260
111
0.86
505
總烴超注意值
5月20日取#10主變油樣分析化驗，氫氣、乙炔含量超過GB7252—2001標準，根據IEC三比值法，判斷為高溫過熱故障。
5月22、23日發生輕瓦斯保護動作故障。取油樣分析氫氣含量嚴重超標，干式變壓器油中放電，高溫過熱，熱點溫度高于1000℃以上，故障點有明顯放電痕跡。5月26日，為獲得更準確的數據依據，以便準備判斷故障部位，先先針對干式變壓器高壓側套管升高座內部取油樣進行化學色譜分析，結果C相的總烴、氫氣、乙炔濃度明顯高于本體及A、B相，初步判斷故障點在高壓套管內部。
3大修檢查及故障處理
3.1#8主變故障檢查及處理
該干式變壓器從2001年12月開始發現油樣內氣體含量超標(見油樣試驗報告)，但電氣高壓試驗數據均合格，經多次濾油脫氣未解決問題。
2001年12月24日，＃8干式變壓器檢修、真空濾油脫氣完畢，從2001年12月24日、2001年12月28日、的分析數據可以看出油中溶解氣體的含量明顯降低，但從2002年1月18日至2002年6月20日我們發現故障氣體的含量迅速增加，從2002年6月20日的數據利用三比值法可以得出該故障仍為高溫過熱，檢查發現該干式變壓器的潛油泵可能有問題，2002年7月31日開始更換潛油泵，2002年11月4日，＃8主變潛油泵全部更換完畢。2002年11月20日，＃8主變停運，濾油脫氣后取樣做色譜，各項指標均正常。2002年12月10日，總烴、乙炔含量接近注意值。從2003年開始，可以發現，除一氧化碳、二氧化碳的含量增長較快外，其余各項指標變化較小。其中CO2∕CO的各次比值均大于7，說明設備的固體絕緣有老化的現象。#p#分頁標題#e#
2004年2月吊罩大修檢查，芯體內未發現異常情況，大修試驗各項數據合格。咨詢廠家技術人員，表明該種干式變壓器使用年限長，存在絕緣老化現象；而且芯體結構不合理，內此種結構干式變壓器僅此一臺。
2004年9月投運以后，#8主干式變壓器油樣分析結果一直不合格，經多種手段在體外處理無法排除，懷疑鐵芯有多點接地現象。2005年3月23日，對干式變壓器進行針對性吊罩檢查，發現一根油流繼電器擋板鋼絲，測量鐵芯對地絕緣4000MΩ。
2005年4月5日，#8干式變壓器非電量保護：重瓦斯、輕瓦期、主變壓力釋放及連跳FMK開關動作，發電機滅磁開關跳閘,現場#8主變壓力釋放閥動作噴油。吊罩檢查發現：低壓側B相引出線一分支先端軟連接片與另一分支尾端過渡板間絕緣被擊穿放電，導致噴油。
3.2＃10主變故障檢查及處理
經吊管后檢查發現C相套管均壓銅管導線燒斷，同時檢查出A、B相靠干式變壓器側接頭脫焊。對缺陷進行處理：均壓線由錫焊改為銅焊，大大增強焊接強度；高壓側引線重新纏繞油浸絕緣皺紋紙及白紗帶，加固絕緣強度。干式變壓器內近40噸油也進行濾油、真空脫氣霧化處理。＃10主變投運后，檢查各部溫度正常，瓦斯繼電器無氣體溢出。
4故障原因分析
（1）＃8主變設計不合理，屬先天不足。
（2）＃10干式變壓器高壓出線部位帶有出線屏蔽筒，絕緣結構為維多曼絕緣結構，屏蔽筒內側焊有一根同電位導線。同電位導線應與干式變壓器線圈出線部位的連接片聯接，起到屏蔽筒與引線同電位的作用。同電位導線的工藝要求應焊接牢固，焊接面平整、光滑，所選用三相導線應粗細、截面相同。另需在外部加包絕緣，這樣才能符合干式變壓器對此的工藝要求。同電位導線焊接為錫焊，此種焊接只能用于干式變壓器的二次部位，如：CT出線接線板焊接等。此臺干式變壓器三相同電位導線均采用錫焊（此為假焊），在干式變壓器滿負荷運行的情況下，錫焊不能承受高溫，造成焊接點脫落。此臺干式變壓器三相同電位導線所選用的導線，在粗細、截面上均不相同。且焊接表面沒有達到平整、光滑、牢固的工藝要求（手輕拉即斷）。干式變壓器三相同電位導線外部應包絕緣，而此臺干式變壓器的導線均未加包絕緣，僅單繞白紗帶。
5結論
油色譜分析對診斷油浸干式變壓器潛伏故障是非常重要的。對于在運行中的干式變壓器，通過色譜分析檢查出早期故障時，特征氣體微有增長或穩定在一定范圍時，采用氣體追蹤分析的方法監控設備，結合其他測試手段所得出的數據，同時結合電氣試驗進行認真分析，不僅要與規程對比，而且要與歷次測量數據進行縱向對比，觀察變化趨勢，進行綜合檢測診斷，得出正確的結論，當特征氣體增長很快或含量達到一定值時，說明故障發展迅速，必須立即停止設備運行，吊罩檢查，查找故障部位，力求控制故障的發展，并進一步排除故障。#p#分頁標題#e#
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SD187—86絕緣油中溶解氣體組分含量測定法（氣相色譜法）
