用“两比值法”分析和判断变压器故障性质

乔根明 张登宇 王尚家

摘要：利用变压器油中溶解气体分析，可以尽早发现变压器内部早期潜伏性故障，通过多年来对变压器溶解气体的分析和变压器出现故障时的产气特征，提出了两比值法判断故障性质和部位的简易方法，经过在本单位的多次应用，证明能够准确、简单、及时地反映变压器故障的真实情况。

关键词：油中气体 故障性质 两比值法

0 引言

充油电气设备内部发生故障的原因较为复杂。往往不是单一的，过热与放电是互相伴随，相互转化的，影响故障分解气体产生的因素也较多，原因是油分子裂解是一个十分复杂的过程，至今有些机理还没有被人们所认识，加之气体含量与油种、固体绝缘材料、油保护方式、变压器结构、运行年限、运行方式等多种因素有关，就目前的水平而言，还没有达到科学的判断程度，近十几年来，国内外已先后提出了不少判断方法，诸如特征组分法，组分浓度谱图法，三角坐标图解法，浓度比值法，IEC法以及导则中的三比值法，这些方法都有一定的局限性，有时互相之间结论矛盾，并且过多的方法使工作人员不得要领，无所适从。

准确地判断故障性质，掌握故障发展趋势，制定设备合理的维护措施，不仅可以保证设备的安全稳定运行，而且还能避免盲目停电和吊罩检查，造成人力财力的浪费。

1 故障性质判断原理

1.1 变压器故障分类

运行变压器发生内部故障可分为过热性故障和放电性故障两大类。产生过热性故障的原因复杂，造成热点原因较多，大体可归纳为三种。①导体。②磁体故障（漏磁造成涡流）。③接地不良。放电故障类别，大体可归纳为四种：①辉光放电。②电晕放电。③火花放电。④电弧放电。

运行变压器、互感器出现内部故障的原因，往往不是单一的，一般在存在热点的同时还有局部放电，而且故障是在不断转化，局部过热可进一步发展为局部放电直至击穿。

1.2 油分子裂解的机理和变压器内部故障关系

①局部过热，例如裸金属过热使其周围油受热分解时，绝缘油分解产生的气体主要是甲烷和氢气（600-700℃），超过此温度主要产生的是乙烯气体。

②局部放电是指没有引起两个电极之间击穿放电，在局放过程中产生的热效应很小，主要是电子轰击，气体的特点是氢气甲烷的释放。

③电弧放电是电极之间温度在1300-1600℃之间，随着电弧温度的增加，油分子链就要断裂，乙炔是电弧放电的特征气体。

1.3 GB导则中判断故障的三比值法说明

我们有必要对GB导则中利用烃类气体含量的三比值作为充油电气设备故障的判据的方法进行说明。导则中以五种气体的三比值来判断设备故障，三比值以不同的编码表示，其计算编码和判断方法是：

通常一种故障对应于一种编码，多种故障的组合往往找不到对应的编码。

2 “两比值法”判断方法

2.1 “两比值”编码确定

我们对近年来发生的变压器故障进行了对比分析，发现主变内部故障往往不是单一的，过热与放电现象是互相伴随、相互转化的，并且过热与放电的部位和性质也能反映到色谱分析数据中。经过归纳总结，以导则三比值中（CH4、H2、C2H2、C2H4四种气体的两比值）做为判断主变内部故障的判据，因为在放电性故障时油分解主要为H2和C2H2，在过热故障时油分解为CH4、C2H4和C2H6气体。在过热时CH4/H2的比值大于放电时的比值，击穿时小于放电时的比值，而C2H2/C2H4的值在过热时小，击穿时的比值将大于放电时的比值。故障比值数有一个共性“0.5-1.0数值越大，故障也就越严重”。

2.2 “两比值”编码规则

过热与放电之间CH4/H2的分界值为0.5-1.0，也就是说当CH4/H2的比值大于0.5-1.0时可确定为过热，当CH4/H2小于0.5-1.0时可确定为放电。

C2H2/C2H4的比值，过热和放电比值分界值也定为0.5-1.0，也就是说C2H2/C2H4的比值大于0.5-1.0时，可定为放电故障，当C2H2/C2H4的比值小于0.5-1.0时为过热故障。

即CH4/H2比值：小于0.5-1时为放电；大于0.5-1时为过热（一）。

C2H2/C2H4比值：小于0.5-1时为过热；大于0.5-1时为放电（二）。

通过对实际数据的验算，利用上述判据判断主变内部故障的准确率达96%。

3 “两比值法”判断故障部位

在故障情况下，若两比值都大于1是过热兼放电，属高温过热，一般是分接开关烧坏和对地放电。

若两比值都小于1，也是过热放电，属于低温过热、小能量的火花放电，一般是分接开关引线等接触不良。

若两比值是（一）小（二）大，是高能放电，就可判定线圈匝间有电弧击穿。

若两比值（一）大（二）小，这是裸金属过热，一般多为接触不良，接地、油道堵塞等。

总之，无论哪一个比值达到0.5-1时，就可以确定设备内部有故障，与三比值法不同之处即在于此。

4 “两比值法”效果检验及其优点

近年来我单位一直用“两比值法”判断故障性质，未发生过变压器突发性烧毁事故，如王坪110kV变电站1#主变色谱分析所得数据如下：

CH4 23.54μL/L C2H4 19.83μL/L

C2H6 3.22μL/L C2H2 25.18μL/L

H2 147.37μL/L 总烃 71.77μL/L

C2H2/C2H4的比值为1.27，CH4/H2的比值为0.16，根据两比值定为放电故障，在吊罩检查时，发现中压线圈出头处放电。

又如铺上220kV变电站1#主变色谱分析后所得数据如下：

CH4 68.8 μL/L C2H4 111.31μL/L

C2H6 27.75μL/L C2H2 0.57μL/L

H2 30.06μL/L 总烃 208.43μL/L

CH4/H2=68.8/30.06=2.29，

C2H2/C2H4=0.57/111.31=0.005。

结论是裸金属过热，经大修检查，发现分接开关因压接弹簧松动引起弧触头接触不良，并有烧黑痕迹。

实践证明，用“两比值法”分析和判断变压器故障性质有以下优点：计算和判断方法简单，只需计算两个比值就可确定故障类型；解决了“三比值法”编码少，无法查找的技术难题；可以大体判断故障部位，有助于变压器的进一步检查、诊断准确率高。

参考文献：

[1]毛维.浅谈变电所的常见故障处理[J].价值工程，2010（01）.

[2]夏春，刘欢.电力变压器的故障分析与检修[J].价值工程， 2010（32）.

[3]毛维.配电变压器常见故障分析[J].价值工程，2010（04）.

作者简介：

乔根明（1969-），男，山西朔州人，1993年毕业于山西电力职工大学电力系统及其自动化专业，工程师；张登宇（1977-），男，山西朔州人，2002年毕业于太原重机学院电力系统及其自动化专业，工程师、技师；王尚家（1963-），男，山西朔州人，2000年毕业于中央党校函授学院经济专业，高级经济师。