色谱分析在变压器套管故障诊断中的应用

张亚华

（国网辽宁电力有限公司本溪供电公司辽宁省本溪市117022）

色谱分析在变压器套管故障诊断中的应用

张亚华

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目前，电力系统广泛采用气相色谱法分析溶解于油中的气体组分及含量来发现设备内部存在的潜伏性故障，并随时掌握故障的发展情况，以采取必要的措施。然而如何利用分析结果进行合理的分析判断则是关键所在。本文简要阐述了变压器油中气体的产生机理，并通过几件故障实例，归纳出变压器套管常见故障及分析处理方法。

气相色谱分析；变压器；电容式套管

气相色谱分析已广泛应用于检测充油电气设备内部存在的潜伏性故障，是保证充油电气设备安全、经济运行的重要手段之一。目前，在电网中66kV及以上变压器套管，大多采用油纸电容式结构。而对这类套管缺陷进行正确的分析和判断，对缺陷的消除及其安全运行起着至关重要的作用。下面就变压器油的产气机理及套管常见故障分类进行探讨。

1 变压器油中气体产生过程

1.1 油中气体的产生机理

变压器油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物。与其它物质一样，组成变压器油的各种物质原子是以化学键联结所构成的。在正常情况下，变压器油在热和电的作用下其能量不足以使这些键都遭受破坏，只有少量原子化学键断裂，产生极少量的各种低分子烃类及二氧化碳、一氧化碳等气体。但当设备内部存在电弧或高温热点时，故障点温度会逐渐升高，能量密度也会逐渐增大，会使烃类的键更多地断裂，进而产生大量的低分子烃类气体和氢气。一般随着油热裂解温度的增高，烃类裂解产物出现的顺序依次为：烷烃→烯烃→炔烃→焦碳。

1.2 气体在油中的溶解传质过程

正常运行时，变压器油中溶解的气体，油-气两相处于相对平衡状态。当设备产生故障时，故障点产生的气泡会因浮力而做上升运动，在其运动过程中与附近油中已溶解的气体发生交换，同时，固体绝缘对热解气体存在吸附现象，因而气体能均匀溶解于油中。随着故障的发展，当产气速度大于溶解速度时，就会有部分气体进入气体继电器，使气体继电器内积聚气体。

2 色谱分析法判断变压器套管故障

通过油中溶解气体分析来检测设备内部潜伏性故障，了解故障发生的原因，不断地掌握故障的发展趋势，提供故障严重程度的信息，即时报警，是油中溶解气体分析的主要任务。而对于一个有效的分析结果，则应按以下步骤进行诊断：断定有无故障、判断故障类型以及诊断故障的状况：如热点温度、故障功率、严重程度、发展趋势等，并提出相应的反事故对策。

目前，“三比值法”是较为常用的判断故障方法，它是利用分析结果五种气体的三个比值与编码规则进行对比，得出相应的编码组合，进而判断故障类型。下面就利用色谱分析法判断变压器套管常见故障以及处理过程列举实例加以说明：

2.1 套管过热性故障

某变电站220kV#2主变（型号：SFPS3－90000/220）于1999年12月改造后投入运行，投运后色谱分析一直正常。2000年9月10日定期试验总烃突然增大（数值见表1），同时测量铁芯对地电压48V，电流18A。9月13日停电检查试验，除铁芯绝缘电阻为3Ω外，其它正常，于是在铁芯引出线上串联一电阻以限制通过电流。同时，又对该变压器所有一次、二次侧套管进行了色谱分析（二次侧B相套管具体数值见表2），判断有穿缆引线分流故障。9月16日将此套管吊出进行检查，发现穿缆引线在均压球以上烧黑400多毫米，37股引出线中4股有不同程度的烧伤。分析故障原因，认为是由于引线位置不正，错位而使引线与均压球磨擦，将引线包扎绝缘损伤造成分流，烧坏引线，产生高温过热直接传导至套管，使套管中油急速分解产生大量气体。当即进行处理，重新包扎绝缘并更换了新套管，投入运行后未发现异常。

表1 （单位：μL/L）

表2 （单位：μL/L）

2.2 均压球放电故障

某电厂500/220kV联络变压器，C相，型号为ODFPSZ－120000/500，1998年5月20日起停止运行，当时油色谱分析乙炔含量为0.19μL/L。2006年6月因B相大修，改为C相运行。2006年7月6日投运前乙炔为痕量（数值见表3）。7月7日变压器又投入运行，7月8日取油样，乙炔含量为8.0μL/L，7月10日乙炔含量又增至9.5μL/L。将变压器停运进行放油检查，发现66kV一套管均压球松动，并有放电痕迹，均压球内有大量游离碳。

表3 （单位：μL/L）

2.3 主变本体油进入套管内部

某变电站220kV主变一次侧中性点套管，2006年春检预试时发现油中总烃急剧增长至466.7μL/L，且其烃类气体含量及比例均与本体油相近，因此我们分析可能是本体油渗入套管内部，并且变压器本体存在过热性故障，而使套管油色谱分析结果异常。经检查，发现套管下部放油螺丝松动，造成本体油渗入到套管，证明了此分析的正确性。该套管经处理和换油后运行，2007年试验数据正常（套管及本体油色谱分析结果见表4）。

表4 （单位：μL/L）

3 结论

（1）由于套管下部均压球松动并达到一定程度时则出现悬浮电位放电，是电容型套管较常见的故障，其特点是单纯乙炔含量增大。

（2）穿缆引线位置不正致使绝缘被破坏，也是变压器套管较常见的故障之一，其特点是总烃明显增大，但无或极小乙炔。

（3）套管故障也可引起变压器本体色谱分析结果异常。当发现变压器本体色谱结果异常时，应根据情况同时对套管进行分析检测。

（4）当色谱分析发现异常时，应结合其它电气试验，同时考虑是否有其它因素影响而进行综合分析判断。

[1]操敦奎，编著.变压器油中气体分析诊断与故障检查.

[2]《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（GB/T7252-2001）.

TM407

A

1004-7344（2016）30-0113-02

2016-10-7

张亚华（1967-），女，辽宁本溪人，高级工程师，从事电力系统电气油务工作。