一起变压器油色谱异常的分析及处理

李 逊，徐浩俊

（国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江 宁波 315800）

某公司高压厂变（20 kV）1988年出厂，1991年投入运行。制造厂为法国ALSTOM公司，型号为TTH，设备采用的绝缘油牌号为Shell Diala F，总油量约16 t。在2008年5月26日的迎峰度夏色谱普查中，发现该变压器油中的乙炔含量高达25.46 μL/L， 远远超过了国标 GB/T 7252－2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》[1]（以下简称“导则”）规定的注意值（5 μL/L）。5 月 27-29日连续进行了色谱跟踪监测，发现油中乙炔含量呈逐渐上升趋势。根据导则中的故障诊断分析法[2]，对高压厂变内部发生的故障进行诊断分析。

1 高压厂变油色谱的变化

高压厂变自投运以来的油质检测及电气试验结果均合格、正常，其运行状态下本体油的历史色谱分析数据表明，在异常出现之前，变压器运行状况均正常。图1为高压厂变本体油的色谱分析历史趋势图。

在2008年5月26日的色谱普查中，油中突现异常含量的乙炔气体，表明设备内部已发生故障。表1列出了该变压器油色谱异常前后的部分检测数据。

图1 高压厂变油中氢气及烃类气体变化趋势图

与高压厂变本体油的正常色谱检测结果比较，不仅乙炔气体高达25.46 μL/L，且油中H2、CH4、C2H4以及总烃含量均有较大幅度的增加。随后进行了多次的跟踪监测，发现油中的乙炔含量呈上升趋势，与此同时，2次送样复测的结果也印证了油色谱的异常。连续几次监测油中总烃含量虽未超过150 μL/L的注意值，但较正常状态下的总烃值也有了近一倍的增长，表明设备内部已存在故障。

表1 高压厂变本体油部分色谱分析数据

2 对色谱异常的分析

2.1 特征气体法

绝缘材料和变压器油在高温过热或电弧的作用下分解出气体，经对流、扩散，不断溶解在油中。这些故障气体的组成和含量与故障类型及其严重程度有密切关系，表2列出了不同故障产生的不同特征气体。

表2 不同类型故障产生的特征气体

根据5月26-29日对高压厂变本体油的色谱分析，油中主要特征气体的含量占总烃的比例分别为：甲烷35.3%～35.8%，乙烯13.8%～14.0%，乙烷24.6%～24.9%，乙炔25.5%～26.2%。显然，乙炔含量已从正常时的零陡升至近30 μL/L，油中氢气含量虽未达到150 μL/L的注意值，但也较正常时的含量升高了5.6倍。由此对照表2，可以判定高压厂变内部已发生了放电性故障，且倾向于低能量的火花放电故障。

2.2 三比值法

根据导则中的三比值法，对5月26-29日的色谱分析数据进行计算，其故障编码组合如表3所列。

造成低能放电故障的原因有：引线对电位不固定的部件之间连续火花放电、分接抽头引线和油隙闪络、不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的火花放电等。

表3 高压厂变色谱三比值法数据（2008年5月）

同时，从表1色谱分析数据看出，当高压厂变本体油色谱出现异常时，油中一氧化碳、二氧化碳含量基本无变化，由此也可判断涉及固体绝缘材料的放电可能性不大，应属油中裸金属低能量放电。

2.3 故障严重程度及发展趋势的判断

产气速率能更加直接和明显反映故障的存在、严重程度及其发展趋势，可以进一步确定故障的性质，以便及时制定处理措施，防止设备发生损坏事故。导则中提出的产气速率注意值如表4所示。

表4 导则中提出的产气速率注意值

从表1看，高压厂变本体油中氢气、总烃含量均未超过导则规定的注意值 （氢气、总烃均为150 μL/L），但可从油中溶解的总烃及乙炔的产气速率证实该变压器存在故障。

绝对产气速率 γa＝（Ci2－Ci1）/△t1×（G/ρ）

相对产气速率 γr＝（Ci2－Ci1）/Ci1/△t2×100%式中：Ci2为第二次取样测得的某气体组分（i）的含量；Ci1为第一次取样测得的某气体组分（i）的含量；△t1为2次取样时间间隔中的实际运行时间；△t2为2次取样时间间隔中的实际运行时间；G为设备总油重；ρ为油的密度。

据此，计算2008年5月26-29日产气速率结果如表5所示。

表5 油中气体产气速率计算结果

总烃、乙炔、氢气的绝对产气速率均分别超过了表4导则中的规定，说明高压厂变内部确实已存在故障，而总烃、乙炔、氢气的相对产气速率又都大大超过了表4导则中的规定，呈上升态势，更说明了故障发展趋势的严重性。

2.4 故障点温度估算

根据文献[3]介绍，采用日本月岗淑郎等人于1978年研究并提出的，在热点温度高于400℃时，纯油分解时的热点温度计算经验公式：

由此可估算出高压厂变色谱异常期间，故障点局部温度约为450℃，推断内部存在裸金属低能放电性故障。

3 吊罩检查情况

乙炔是放电性故障的特征气体，一旦出现，即使小于导则规定的注意值，也应高度重视，这对于维护变压器安全运行非常重要。高压厂变油中乙炔含量由零升高至25.46 μL/L，结合总烃产气速率趋势等分析，从设备状态监测的技术角度出发，检测人员提出了立即停运设备进行检查的处理意见。为初步判断故障的确切部位及真实故障程度，随后对高压厂变进行了绝缘、直流电阻、直流耐压、介损等常规试验，未发现异常，表明内部故障点不在电气回路和主绝缘部分，需送变压器厂作进一步的解体检查、大修。

2008年9月在变压器厂对高压厂变进行吊罩检查，发现其3.15 kV侧C相引线弯曲，对箱壁存在明显的放电点，如图2、3所示。

图2 高压厂变3.15 kV侧C相引线铜排螺帽放电点

图3 高压厂变箱壁放电点

进一步检查后，结合高压厂变故障前运行期间的负荷状况，确认发生放电故障的原因是1台前置泵曾发生短路，当时速断保护C相动作。由于瞬间电流变化，产生了强大的电动力，导致高压厂变的C相引线弯曲，对箱壁放电。全面检修后，此变压器已修复正常留作备用。

4 结语

在变压器故障的诊断检测技术中，溶解气体分析法（Dissolved Gas Analysis，简称DGA法）是诊断变压器内部潜伏性故障及发展趋势的有效方法，能够发现变压器运行过程中潜伏性的早期故障，避免和减少变压器损坏事故的发生，是目前许多电气试验项目无法替代的。但由于变压器油中可燃性特征气体的来源较为复杂，DGA法也有其局限性，例如很难判断故障的准确部位或部件。因此，必须和电气试验项目有机结合，进行综合分析判断，才能准确识别故障性质。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 7252－2001变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京：国家标准出版社，2001.

[2] 中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL/T 722－2000变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京：中国电力出版社，2000.

[3] 曹雅萍，程建安，范新清，等.铁心多点接地故障分析与防范措施[J].变压器，2002，3：30-31.