改良三比值法在变压器故障诊断中的应用

孙大根，蒋立伟

(国电大渡河瀑布沟水力发电总厂，四川 雅安 625304)

1 概述

变压器是电力系统中的主要设备之一，起着传送电能、升降电压的重要作用。变压器的运行状况决定着整个电力系统的负荷输送和分配，特别是在高电压等级系统中更是如此。由于制造工艺、材料、油流等原因会造成变压器内部电场分布不均匀，容易发生局部放电，这种放电现象在变压器的运行中是持续存在的。放电会造成故障点周围的绝缘油或其他绝缘介质分解产生H2、CO 以及一些烃类气体。这些气体聚集形成的气泡在电场的作用下会沿电场方向排列，使故障点的绝缘强度进一步降低，故障加剧，形成恶性循环，最终造成故障点绝缘破坏，引发事故。因此，对变压器内部初期故障进行监测具有重要的意义。

2 故障特征分析

大容量变压器一般为油浸式，利用油-纸组合结构实现绝缘。当变压器内部发生初期故障时，变压器的油-纸绝缘材料会因为受热而逐渐老化或分解。由于不同的烃键具有不同的热稳定性，烃类的C—H 键只需较小的能量即可断裂，而C—C键的断裂则需要较高的能量，C—C 键、C＝C 键(大约为500 ℃)和C≡C 键(800～1 200 ℃)的形成依次需要越来越多的能量，所以故障产生的气体中各种烃类组分含量和故障类型、位置以及故障严重程度密切相关。

我国现行的GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中，将变压器不同故障类型下产生的主要特征气体和次要特征气体归纳在表1 中。

表1 不同故障类型产生的气体

3 故障诊断方法

研究和大量实践表明，变压器故障诊断不仅要考虑油中溶解气体各组分的含量，还要考虑各组分之间的相对含量。国际电工委员会(IEC)根据这些特征提出了以CH4/H2，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4进行判断的三比值法；我国则根据运行实践，结合变压器的运行状况特点，对三比值法的编码组合做了改良，提出了改良三比值法。改良三比值法的编码规则如表2 所示。

表2 改良三比值法的编码规则

当测得的变压器油中气体组分含量达到表3 所示的注意值时，才可以用改良三比值法进行判断。当油中气体组分含量达到注意值时，可根据计算的三比值结果，对应GB/T 7252—2001 中的典型应用，结合变压器的实际运行状况来分析故障原因。如发现存在问题应及时处理，以防止故障扩大。

表3 运行中变压器油中气体含量的注意值 μL/L

当测得的油中气体组分含量低于注意值但增加速度大于表4 所示值时，也应进行跟踪分析，并查明原因。当油中气体组分含量已超过注意值但其数值不随时间增长时，则可认为变压器不存在发展性故障，只需要分析气体来源，对油进行净化后加强监测分析。

表4 产气速率的注意值mL/d

4 应用实例

某110 kV 施工变电站(为电站建设初期提供施工电源)运行人员发现1 号主变的油中气体含量超标，油色谱分析数据如表5 所示。

表5 某110 kV 施工电站油色谱分析数据 μL/L

根据表5 中的数据可知，2 次采样数据中的总烃、C2H2、H2的含量都大于表3 中规定的注意值，而且H2、CO 和CO2的含量都呈增大的趋势，由此可判断变压器内部发生故障的可能性较大。利用改良三比值法进行变压器故障判断，计算三比值的结果如表6 所示。

表6 改良三比值法计算结果

对照表2 中的改良三比值法编码，表6 中2 组数据对应的编码为102。根据GB/T 7252—2001中的结论，初步判断故障类型是电弧放电。由于烃类气体的含量有下降趋势，判断可能是瞬时性故障，故障原因可能是相间闪络、分接头引线间隙闪络、引线对箱壳放电、分接头开关飞弧、导电回路电流引起电弧、引线对其他接地体放电等。

现场实际检查发现，故障为变压器有载分接开关A 相的一颗引线螺栓头对B 相的引线放电，引线处有明显的放电痕迹。将该螺栓及引线的绝缘重新处理并紧固，测得直阻和绝缘正常后将变压器重新投入运行。

由于通过改良三比值法先判断出变压器存在内部故障并分析了故障原因，便于对变压器进行运行维护管理，消除了重大的安全隐患，保障了系统的安全稳定运行。同时，也要求运维人员严格执行油色谱分析监督制度，按现场规程定期开展油化工作。对于装设有油中气体在线监测装置的单位，还要按照规程进行气体含量的运行监视，在出现报警信号时做好现场设备检查；并结合油色谱分析结果进行对比分析，及时做好故障处理。

5 结束语

通过以上实例分析可以看出，改良三比值法是非常实用的一种变压器故障诊断方法，有助于发现变压器的一些初期故障。在具体的分析中，还要充分考虑设备的实际运行状况及检修维护情况，通过综合分析(如测量绕组直流电阻、绕组之间以及对地绝缘，局部放电试验和测量微水含量等)，准确找到故障根源，消除缺陷，保障设备健康运行。

1 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.

2 钱旭耀．变压器油及相关故障诊断处理技术[M]．北京：中国电力出版社，2006.

3 GB/T 7252—2001 变压器油中气体分析和判断导则[S].

4 陈改峰．用溶解气体分析法诊断变压器故障[J]．变压器，2003(6)．