变压器油中溶解气体与故障关系分析

2017-12-15贾晓松

福建质量管理 2017年23期

关键词：绝缘材料衡水变压器

贾晓松

(国网河北省电力公司衡水供电分公司河北衡水 053000)

变压器油中溶解气体与故障关系分析

贾晓松

(国网河北省电力公司衡水供电分公司河北衡水 053000)

大型电力变压器是电力系统的枢纽设备之一，其运行状况将直接影响电力系统的安全运行，一旦发生故障将对电力系统和终端用户造成重大的影响和危害。因此，研究变压器故障诊断技术，提高变压器的运行维护水平，对电力系统的安全运行具有重要的现实意义。在实际运行中，变压器绝缘油和有机绝缘材料在电场及磁场即电和热的作用下，会逐渐老化和分解，产生某些可燃性气体，使油的闪点降低，引起早期故障。当存在潜伏性过热故障或放电性故障时，产气量和产气速率会逐渐增加，气体在油中不断积累，并经过对流、扩散而不断溶解，直到饱和而析出气泡。因此，变压器油中特征气体与变压器油和绝缘材料的性能存在密切的关系。

变压器;故障分析:溶解气体

一、前言

我国的电力系统规模巨大，全国有跨省和省级电网十余个，大约有2.8万个变电站。此外钢铁、石油、化工、交通、煤炭等各个行业领域的许多工矿企业还有更多的自备电厂与变电站。全国现有变电站总数约3.5万座，主变压器约5.5万台。近年来，随着我国国民经济各个领域的迅速发展，电力系统正在向超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展［1］。

目前运行的大型变压器几乎都是用油来绝缘和散热，对于运行中的充油电气设备，在热和电的作用下，变压器油和有机绝缘材料将逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类及一氧化碳、二氧化碳等气体当存在潜伏性的热或放电性故障时，这些气体产生的速度要加快［2］。

二、变压器油中气体来源

油色谱分析中总烃含量的高低在一定程度上取决于油中溶解气体量的多少。油中溶解气体量是指在充油电气设备内部溶解在油中的气体组分，其来源主要有以下几种。

(一)空气

一般变压器油中溶解气体的主要成分是O2和N2，它们都是来源于空气。在101.3kPa、25℃时，空气在油中溶解的饱和含量约为10%，但其组成与空气不一样。

空气中N2占79%，O2占20%，其它气体占1%;而油中溶解的空气则N2占71%，O2占28%，其他气体占1%，其原因是O2在油中的溶解度比N2大。

(二)变压器油在正常运行下产生的气体

在正常运行时，变压器油和固体绝缘材料由于受到温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催化作用，随运行时间延长而发生速度缓慢的氧化、裂解与碳化等反应，除产生一些非气态的劣化物外，还产生少量的H2、低分子烃类气体和碳的氧化物等。

(三)变压器在变压器故障状态下运行时产生的气体

当变压器存在潜伏性故障，变压器油受到高电场能量的作用时，即使温度较低，也会分解产气。变压器油在运行中受到高温的作用将会分解产生CO2、低分子烃类气体和H2等气体，变压器油在230－600℃时产气情况如表1所示。

表1 230－600℃局部加热时变压器油的产气组分 (×10－1mg/g油)

三、变压器内部故障与特征气体含量对应关系

在正常情况下，变压器内部的绝缘油以及固定绝缘材料，在热和电的作用下，逐渐老化、变质和受热分解出少量的氢和低分子径类以及CO和CO2气体。当变压器内部发生故障时，这种分解作用就会加强，这些气体的产量会迅速增加，所形成的气泡在油中经对流、扩散不断溶解到变压器中，并对应不同故障类型，所产生的故障气体种类，油中溶解气体的浓度和各种气体含量的相对比例关系也各不相同［3－4］。电力变压器的故障初期，故障产生的气体溶解于变压器油中。轻度故障的电力变压器，其油中溶解的可燃性气体含量在0.1%－0.5%之间。当电力变压器故障的能量较大时，就会聚集成游离气体。故障电力变压器可燃性气体总量在0.5%以上。因此，依据电力变压器油中溶解气体含量进行电力变压器运行状态的评估、故障诊断和预测是切实可行的。局部放电属于低能量故障，通过离子反应主要重新化合成H2而积累。产生大量C2H4的温度约为500℃，高于CH4和C2H6的生成温度，但在较低的温度时也有少量C2H4生成。大量C2H2是在电弧的弧道中产生的。C2H2的生成温度一般为800－1200℃，当温度降低时，C2H2作为重新化合的稳定物而积累，但是温度低于800℃的情况下也会有少量C2H2生成。油气氧化反应伴随生成少量CO和CO2，并长期积累成为数量显著的特征气体。纸、层压板或木板等固体绝缘材料的热稳定性比变压器油弱，并能在较低的温度下重新化合，在生成水的同时，生成大量的CO和CO2及少量烃类气体，同时变压器油被氧化［5］。