几起变压器油色谱异常的分析

胡发明

（浙江舟山电力局，浙江 舟山 316000）

电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。因此，变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。但由于变压器长期运行，故障和事故总不可完全避免，且引发故障和事故又出于众多方面的原因。如外力的破坏和影响，不可抗拒的自然灾害，安装、检修、维护中存在的问题和制造过程中遗留的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化及预期寿命的影响，已成为发生故障的主要因素。在变压器故障诊断中，通过变压器油色谱分析这种化学检测方法，对于及早发现变压器内部存在的潜伏性故障及其发展程度非常有效，而油中气体各种组分含量的多少与故障的性质及程度直接有关。

1 有关变压器油纸绝缘材料与热分解气体的关系

油浸电力变压器主要的绝缘材料是绝缘油及固体绝缘材料绝缘纸、纸板和木块等，在正常情况下，油浸电力变压器内的油/纸绝缘材料，在热和电的作用下，会逐渐老化、变质，并分解出少量的气体（主要包括H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2）等。当变压器内部发生过热性故障、放电性故障或内部绝缘受潮时，这些气体的含量会迅速增加，有关油浸电力变压器油纸绝缘材料与热分解气体的关系可以归纳如下。

1）绝缘油在300℃～800℃时，热分解产生的气体主要是低分子烷烃（CH4、C2H2）和低分子烯烃（C2H4），也含有H2。

2）绝缘油暴露于电弧之中时，分解气体大部分是H2和C2H2，并有一定量的CH4、C2H4。

3）局部放电时，绝缘油分解的气体主要是氢气和少量CH4，除此之外，还有较多的C2H2。

4）绝缘纸在120℃～150℃长期加热时，产生CO 和CO2，且后者是最主要成份。

5）绝缘纸在200℃～800℃下热分解时，除产生碳的氧化物之外，还含有氢烃类气体，CO/CO2比值越高，说明热点温度越高。

2 变压器内部故障类型与油中气体含量的关系

变压器的内部故障，就其故障现象来看，主要有热性故障和电性故障。

2.1 热性故障

热性故障是由于有效热应力所造成的绝缘加速劣化，具有中等水平的能量密度。如果热应力只引起热源处绝缘油分解时，所产生的特征气体主要是CH4和C2H4，二者之和一般占总烃的80%以上。而且随着故障点的温度升高，C2H4所占的比例将增加。通常热性故障是不产生C2H2的，一般低于500℃的过热时，C2H2的含量不会超过总烃的2%，而严重过热时，C2H2的最大含量也不超过烃总量的6%。当过热涉及固体绝缘材料时，除产生上述气体之外，还产生大量的CO 和CO2。

2.2 电性故障

电性故障是在高电应力作用下所造成的绝缘劣化，变压器内部电弧放电其故障特征气体主要是C2H2和H2，其次是大量的C2H4和CH4，C2H2一般占烃总量的20%～70%，氢占氢烃总量的30%～90%，并且在绝大多数情况下，C2H4含量高于CH4。火花放电其特征气体也是以C2H2和H2为主，但因故障能量较小，一般烃总量不高，油中溶解的C2H2在烃总量中所占比例可达25%～90%，C2H4含量约占烃总量的20%以下，H2亦占氢烃总量的30%以上。局部放电产生的气体，主要依放电能量密度的不同而不同，一般烃总量不高，其主要成份是H2，其次是CH4，通常H2占氢烃总量的90%以上，CH4与烃总量之比大于90%，当放电能量密度增高时也可以出现C2H2，但C2H2在烃总量中所占的比例一般不超过2%。

2.3 受潮

当变压器内部进水受潮时，油中水份和含湿杂质易形成“小桥”或者绝缘中含有气隙均能引起局部放电，而产生H2，还因为水分在电场作用下的电解作用和水与铁的化学反应，也可产生大量的H2，电力变压器不同的故障类型产生的主要和次要气体组分如表1所示。

故障类型 油过热 油和纸过热 油纸中局部放电 油中火花放电 油中电弧 油和纸中电弧 受潮或油中气泡 主要气体组分 次要气体组分 CH4、C2H4H2、C2H6CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6H2、CH4、CO C2H2、C2H6、CO2C2H2、H2C2H2、H2CH4、C2H4、C2H6C2H2、H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H6H2

3 三台主变压器油色谱异常的分析及处理

通常变压器油色谱分析中C2H2的产生与变压器内部放电性故障有关，因此我们在日常检测中如发现变压器油色谱分析中含有C2H2时，当即引起高度重视，分析查找原因，判断变压器内部是否存在故障。虽然GB/T 7252-2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则中规定220kV 及以下变压器油中溶解气体含量C2H2的注意值为5μL/L，但是变压器油中溶解气体C2H2含量如果从无到有，尽管在注意值以下，也应引起足够的重视。

（1）35kV 台门变#1 主变，设备型号SZ7-10000/35 ±3×2.5%/10.5kV，自2007年8月投运以来油色谱一直正常，在2010年3月30日定期检测时发现油中溶解气体C2H2含量为2.9μL/L，在接下来的跟踪中C2H2含量缓慢增长，试验数据如表2所示。

（2）35kV桃花变#1主变，设备型号SZ10-20000/35 ±3×2.5%/10.5kV，2009年10月投运以来油色谱一直正常，在2011年6月30日定期检测中发现油中溶解气体C2H2含量为5.6μL/L，在接下来的跟踪中C2H2含量变化不大，试验数据如表3所示。

试验日期 CH4C2H6C2H4C2H2H2CO 2010.3.30 15.94 4.77 3.32 2.9 36.4 872.25 2010.5.12 12.64 1.5 2.67 2.64 30.44 811.34 2010.7.21 14.04 1.57 2.78 2.93 38.2 919.63 2010.8.18 14.24 1.61 2.9 3.18 31.62 1102.68 2010.9.10 13.83 1.45 2.8 4.68 33.57 848.72 2010.9.19 14.81 2.03 3.46 5.47 36.1 908.98 2010.10.16 0.36 1.18 0.55 0.15 0 6.7 2010.10.20 0.35 0.35 0.17 0.07 0.35 11.06 CO2总烃 备注 3530.91 26.93 预试发现 3462.34 19.45 跟踪 3879.19 21.32 跟踪 4889.26 21.93 跟踪 3677.58 22.76 跟踪 6010.21 25.77 跟踪 136.8 2.24 处理后 152.49 0.94 复测

（3）35kV新港变#1主变，设备型号SZ10-20000/35 ±3×2.5%/10.5kV，投运以来油色谱也一直正常，在2011年4月25日定期检测中发现油中溶解气体C2H2含量为2.24μL/L，在接下来的跟踪中C2H2含量变化不大，试验数据如表4所示。

表3 35kV 桃花变#1 主变油色谱试验数据 单位：μL/L

试验日期 CH4C2H6C2H4C2H2H2CO 2009.8.18 2.07 0.28 0.3 0 33.93 214.97 2009.12.18 3.41 0.53 0.56 0 37.73 332.24 2010.5.7 3.84 0.61 0.65 0 38.06 416.61 2011.4.25 7.88 1.94 1.7 2.24 47.1 671.98 2011.5.11 7.87 1.32 1.51 2.26 48.35 664.46 2011.6.9 7.75 1.28 1.5 2.21 45.46 635.97 2011.7.13 7.7 1.35 1.57 2.13 40.93 614.57 2011.9.9 9.42 1.72 1.98 2.63 61.22 873.3 CO2总烃 备注 988.56 2.65 交接 1272.12 4.5 预试 1442.51 5.1 预试 2068.83 13.76 预试发现 2186.41 12.96 跟踪 2142.48 12.74 跟踪 2252.5 12.75 跟踪 3081.19 15.75 跟踪

分析这3 台主变压器的油色谱试验数据，均为气体组分中出现C2H2含量，其他气体组分H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、CO2变化不大，也不能用三比值法进行判断。检查这3 台主变压器的检修记录，从未进行过带油补焊以及可能引起的外部油污染，且电气试验一直来均正常，所以基本可以排除变压器内部的过热性和放电性故障，认为最大可能是有载分接开关渗漏引起。于是对这3 台主变压器停电进行有载分接开关检查，均发现有载分接开关筒体端部密封圈渗漏，使有载分接开关的油漏向主变本体，致主变油色谱中出现C2H2含量，经处理后3 台主变压器油色谱均恢复正常。

4 结论

电力变压器内部发生过热性故障、放电性故障或内部绝缘受潮时，油中溶解气体H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2的含量会迅速增加，而C2H2的产生多与变压器内部的放电性故障有关。但是油色谱中仅出现C2H2含量，而其他组分含量无变化时，需综合分析变压器的历史运行检修情况，如有载调压变压器中切换开关油室的油是否向变压器主油箱渗漏，变压器曾经有过故障，而故障排除后绝缘油未经彻底脱气，部分残余气体仍留在油中，变压器是否油箱进行过带油补焊，原注入的油是否就含有C2H2等，在排除历史情况后多数是由有载分接开关油室的油向变压器主油箱渗漏引起。

[1] 董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京:中国电力出版社,2005．

[2] 操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京:中国电力出版社,2005．

[3] GB/T 7252-2001,变压器油中溶解气体分析和判断导则.