110kV变压器油色谱异常和故障的分析

唐 峰（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

110kV变压器油色谱异常和故障的分析

唐 峰
（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

摘 要：110kV的变压器油色谱在发生故障时，综合有变化特性的气体和三比值法等方法。综合考虑把油色谱操作条件、基本结构及异常缺陷情况，进行初步的分析和判断，试验诊断绕组变形与直流电压比，电阻，绝缘电阻值及介质损耗，绕组变形与其他常规测试方法，分析判断故障原因，而后提出相应的改进技术和建议。

关键词：变压器；油色谱；故障

随着社会经济的不断发展，变压器故障经常发生，在变压器无励磁分接开关元件，由于它的结构非常简单、运行后不用其它操作，往往容易在检修分析和测试阶段被忽略，因为它的电压气体和机械连接时的主变压器故障而引起的故障。变压器是由油、纸组成复合的绝缘，气体里的潜伏性故障，主要由油、纸的热裂解。化学结构、材料的热解产生气体的特性有密切关系，化学矿物的绝缘油是由石油烃类；化学成分绝缘纸就是纤维素。结构是由不同类型化学键构成，键能高，分子就更稳定，因此了解绝缘油的热裂解气体的一般规律，不饱和烃类气体产生的热解能量，随密度（温度）增加而增加。热解能量的温度增加的过程就是：烷烃、烯烃、炔烃、焦炭。

不同类型的故障，气体成分特点也不一样。例如，局部放电，产生氢气；温度太高就会产生甲烷和乙烯，严重放热时也有少量的乙炔；电弧发生故障时产生乙炔和氢气。不一样的能量，大小不相同的故障的特点，沼气生产的速度也是不一样。天然气的生产更少的潜在故障的初始阶段，产气速率较慢；温度高的故障源，天然气生产方面的故障更大，气体更速度。了解这个道理，就要对绝缘油色谱热解产生的气体进行分析，这对我们分析和判断变电器设备有很大的帮助。

1 过热性故障

1.1 裸金属过热。如果绝缘油分解是由变压器设备的热量而引起的，统称裸金属过热。是一个焊接不强的分接开关而导致开关接触不良；铁芯多点接地、局部短路等等。油色谱气体的主要特点是，烃类也增加，这也是甲烷与乙烯气体的主要特性，一般是达80%以上的总烃类。当故障点温度很低时，甲烷比例就越大；随着温度升高，乙烯比例也会随之增加。随后，氢气也会急剧增加，但是没有烃类气体的迅速。温度严重过热时也会有少量的乙炔气体，但是不超过6%。

1.2 固体绝缘过热。温度过热时就会涉及固体绝缘材料，就会有低分子烃类气体的产生，随后也会产生一氧化碳和二氧化碳。

1.3 低温度过热。变压器由于长期负荷状态或者有其他原因，致使固体绝缘承受大面积的低温长期过热绕组时，温度上油色谱也不分解，只会出现一氧化碳与长时间的低温碳化加速过热的绝缘纸产生的二氧化碳，其中包含一氧化碳所反映故障而且会涉及一些固体绝缘的特性。

2 放电性故障

2.1 高能量放电（电弧放电）。线圈层间绝缘击穿，电压温度过高导致电弧引起的闪络，和电容屏击穿电弧所引起的故障。这种异常或者故障的气体速度很快，气体量大。故障气体主要是氢气（总烃20%～70%）与乙炔，接下来产生的是乙烯和甲烷。故障的能量很大，所以总烃类比较高导致固体绝缘一氧化碳也是比较高的。

2.2 低能量放电（火花放电）。一种间歇放电故障。由于接地不良，核心里面的芯板，通过螺杆的芯接触不良而引起悬浮放电。分析出天然气主要成分是乙炔与氢气，随后产生乙烯与甲烷气体。但是能量有较小的故障时，一般总烃含量就不是太高。

2.3 局部放电故障。带电体经常发生在悬浮带电体空间或者油浸纸绝缘气体悬浮带电体空间，放电气体的特性会产生氢气、随后是甲烷。（能量密度高，也会有少量乙炔气体）一般不超2%。

3 受潮

变压器设备里面受到潮湿的时候，气隙绝缘水与固体油发生局部放电除外，那时就会产生氢气。也是因为水和铁的化学反应是电解电场水，所以产生大量氢气。结论，在变压器里面受到潮湿时的氢气含量高。

3.1 油色谱异常数据

2014年 04 月的一个早晨，某变电站一带天气非常的恶劣，变压器跳闸的开关两侧出现故障。检查后发现：广告牌的铝金属不小心吹到变压器上了，以致于造成变压器110kV，侧C相导线由铝金属对其中气体取样铜管放电，导致在变压器开关两侧，变压器启动保护自动跳闸操作。事件发生后结论得出，进行全面的测试与检验变压器发现，在C波段的高电压侧相绕组存在明显变形或者位移，其他的高电压正常；油色谱的试验结果见表1。

3.2 色谱异常数据分析

从表1的数据看出，变压器的事件前的色谱属于正常状态，表明变压器的里面没有异常。在铝金属零件造成变压器开关跳闸，以致于油色谱的数据出现异常。结果说明，在油色谱试验中电弧放电，通过《变压器油中溶解气体分析与判断》为三比值法的指导方针，确定电弧放电故障类型。确定放电可能是线圈的原因，层间的短路、相间的闪络，导致箱壳或其他接地放电。2014年04月前，实验数据中没有发现C2H2，用色谱分析数据值的异常，乙炔/乙烯＝0.4＜1，在这一分接开关没有操作，不应该是一种负荷开关泄漏的结果。和C相高压导线的铝金属，对气体取样铜管放电，电弧燃烧产生明显痕迹，高压实验获得的数据的变形很明显。据故障信息的电流8.28ka，比正常高几倍的浪涌电流，大电流，从而可以判断出电弧放电的瞬间浪涌，是在运行中产生绕组变形非常明显。在放电中气体产生电弧的一些特点，因为这个过程是非常快的。实证分析后所产生的特征气体，处理后决定进行电力变压器运行。根据测试结果，送电变压器油色谱来观察，气体各成分都相对稳定，无上升的趋势。这件事情发生后某变电站对变压器的工作维护措施，做了一些变化：（1）提高油色谱检测变压器的频率，在各油色谱数据的情况下的测试，安排周期，直到正常的油色谱数据。（2）经过六个月后跟踪，主变压器绕组变形的变化，接下来就是根据实验的情况确定；（3）局部放电测试与红外测试温，在当天最大负荷观察，主变压器油温度负荷曲线相同的时间是不是正常的。经过跟踪变压器，没有发现设备的异常。因此，取消跟踪，保持设备的正常运行与维护措施。

表 1 变压器异常前后色谱的分析结果（单位：μL/L）

结语

我们在使用变压器特征气体法的时候，在三比值法进行分析与判断的时候就更可靠；我们可以当变压器有过热故障的时候，运用微量分析的方法；比如综合烃类气体有，过热检测特性的关系时，同时再研究相对产生气体的速率比率，并且依据CO与CO2的比例进行判断过热与固体绝缘材料，这时才可以准确无误的判断出变压器设备的异常或故障的性质。在短时间内的气体电弧放电的特性会出现，这就构成了一个主变压器总烃组成部分，继续跟踪与分析将没有意义。到那时就必须立即停工检查故障，这将是一种非常安全可靠的办法。

色谱分析方法对变压器设备油色谱中气体的内容，是可以很有效的进行早期诊断变压器里面的潜伏性故障的存在。工作上的应用，是要对异常或故障、缺陷的不同的发展阶段，进行不同的分析判断方法，工作时的实际情况与电压气体设备外面的结合，进行测试数据，充分的发挥出石油与化学检测的灵敏度，更容易的正确评价设备状态或者根据维护设备的策略，提高变压器的安全运行的可靠性。通过分析，明白了变压器停用检测处理是非常必要和及时的。我们从中也可以积累到分析与判断处理的经验。所以，在日后的工作中建议使用者，在变压器设备运行的过程中，多加强专业人员对现场的巡检，定期检查和维修以及监督，以免造成异常或者故障的发生。

参考文献

[1]谭志龙，等.电力用油（气）技术问答[M].北京：中国电力出版社，2006.

[2]王晓莺，等.变压器故障与监测[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京：中国电力出版社，2000.

中图分类号：TM407

文献标识码：A