浅谈牵引变压器绝缘故障与油中溶解气体在线监测系统

王 菲

朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司 山西 原平 034100

引言：

本文根据朔黄铁路牵引变压器负荷特点，总结了几种变压器绝缘故障类型，结合一起故障实例，提出了牵引变压器的油中溶解气体在线检测系统的适用性和必要性。

1 朔黄铁路原平分公司牵引变压器负荷特点

朔黄铁路作为我国西煤东运第二大通道，年运量已达到3亿吨以上，其牵引变压器负荷为重载电力机车，属于冲击型负荷。牵引变压器在很多时候是轻载或无载运行，而冲击负荷又使其绕组经常处于过负荷状态，所以经常处于油温正常但内部绕组过热的非正常状态。故牵引负荷主要有负载幅度变化大、负载过载系数高、随机波动性强、负载陡变等特点。除此之外牵引供电系统为三相／两相变换或单相系统，绕组中负荷电流不平衡，负序电压含量高，负荷谐波含量丰富。

2 牵引变压器常见故障分类

目前朔黄铁路运行的牵引变压器均为油浸式变压器。其故障按发生的部位大致分为内部故障和外部故障。内部故障一般有：绕组的相间短路、绕组的匝间短路、绕组或引出线的接地故障等。外部故障为油箱外部绝缘套管、引出线以及各附件上发生的故障。

变压器的内部故障从性质上分可以分为过热性故障、放电性故障和受潮引起的故障三大类。过热性故障又被分为低温过热、中温过热、高温过热三种情况；放电性故障根据放电能量的大小，分为局部放电、火花放电、电弧放电三种类型，其中电弧放电属于高能放电，对变压器绝缘的破坏性最为严重；受潮使变压器绝缘下降，加快老化。

牵引变压器故障涉及面较广，类型的划分方式较多，比较常见的有套管闪络故障、绕组短路故障、分接开关故障、铁心多点接地故障、渗漏油气故障、引线连接松动故障、油流带电故障、保护误动作故障等。

牵引变压器的故障类型多种多样，且各类基本故障不是孤立存在的，相互之间错综相连。归根结底，大部分故障都是体现在对其绝缘体系的损坏上。因此，只有正确地认识变压器绝缘体系和能代表其绝缘故障的表征参量，才能准确判断变压器故障工作状态。

3 基于油中特征气体组分的故障诊断

判断变压器运行状态的方法有很多，其中比较常用的方法就是油中溶解气体分析法。长期运行中和发生故障后的变压器在温度、电场、氧气和水分的作用下，其绝缘油及有机绝缘材料会逐渐老化和分解产生H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2等一些气体，变压器内部故障类型甚至故障部位与油中溶解的气体组分和产所率有着密切关系，因此油中溶解气体浓度的色谱分析法（DGA）是判断油浸牵引变压器早期潜伏性故障最方便、有效的办法之一。

3.1 诊断方法

《变压器油中溶解气体分析和判断导则》(DL／T722—2014)建议通过以下步骤来评估变压器绝缘状态：

a）将检测结果与油中溶解气体含量注意值作比较，110KV变压器H2注意值为150，C2H2为5，总烃为150，单位μL/L。

b）与产气速率注意值作比较，对密封式变压器，绝对产气速率的注意值为氢气10，乙炔0.2，总烃12，一氧化碳100，二氧化碳200(单位mL/d)，总烃的相对产气速率注意值为10%。

c）用特征气体法、三比值法并辅助利用其它气体比值对故障的类型进行判断。特征气体可以反映故障点引起的周围油、纸绝缘的热分解本质。三比值法是利用五种气体（CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2）的三对比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6）的编码组合来判断故障类型的方法。

d）根据以上结果以及其他电气试验的结果，并结合油质分析及设备的结构、运行、检修等情况进行综合分析。

3.2 实例分析

小觉变电所2号主变于2017年1月1日送电投运，3月22日首次取油样进行例行化验，3月31日再次取样进行化验，两次试验结果基本一致。经分析H2、C2H2、总烃的含量均超过了注意值，C2H2、总烃的绝对产气速率也超过了注意值，除CO外其他气体大量产生，三比值编码为022，对应类型为高温过热。经检查发现铁芯接地引出片跨接到其它铁芯片尖角上，导致铁心多点接地。4月27日对铁芯接线片进行包扎绝缘纸板并绑扎加固，并滤油处理。取样化验结果合格后投入运行。四次化验结果如下表。

（单位μL/L）

4 油中溶解气体在线监测系统

油中溶解气体浓度的色谱分析法（DGA）在线监测系统，由于能够及时发现内部可能存在的潜伏性故障，且可在运行中随时监视故障的发展状况，不受外界电场和磁场的影响，并且易于在线实现，已被公认为监测和诊断充油变压器早期故障、预防灾难性事故的最有效的方法。

一般来说整套系统应有四大模块：a）气体采集模块，实现变压器油气的分离功能，即把油中的溶解气体从变压器油中分离出来；b）气体分离模块，气体流经色谱柱后实现多种气体的分离，各组分的浓度被检测器检测，转换为电信号；c）数据采集及自动控制模块，主要实现电信号采集、系统工作温度控制、数据上传等功能；d）数据及谱图分析软件系统，该系统获取绝缘油中气体的色谱数据，自动生成深度变化趋势图，经过分析计算自动诊断变压器运行状态。

5 结束语

重载铁路牵引变压器作为牵引供电系统的心脏，由于其负荷特性，故障概率远大于电力变压器，而实验室色谱分析不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势。因此在铁路沿线变电所推广使用在线监测和诊断技术有助于及时发现牵引变压器早期绝缘故障，避免设备损坏和无计划的停运，提高牵引供电系统可靠性，提高铁路系统科学化、智能化管理水平。