一起750kV主变C相绝缘油色谱异常原因分析

董杰

（国网青海省电力公司检修公司，青海西宁 810003）

0.引言

电力变压器是电力系统的核心变电设备，其制造工艺复杂、造价高昂，若发生变压器损坏事故，造成的经济损失无法估量。变压器由铁芯、绕组、绝缘材料、分接开关、套管等组成，结构十分复杂，常规的带电检测和例行试验较难发现潜伏性故障。变压器内部发生潜伏性故障时，通常会造成绝缘件或变压器油分解，产生的气体溶解于变压器本体绝缘油中，绝缘油色谱试验可对变压器潜伏性故障进行早期的诊断分析。

1.变压器产气基理

1.1 绝缘油分解

绝缘油是由烷烃、环烷烃或芳香烃组成的混合物。在放电或发热故障的作用下使C-C键或C-H键断裂，产生的氢原子或自由基通过复杂的化学反应重新结合，形成氢气和烃类气体，如乙炔、乙烯、乙烷、甲烷等气体。键能反应化学键原子间结合的强度，键能越高，分子越稳定。具有不同化学键结构的碳氢化合物在高温下的稳定性也不同，所产生烃类气体的不饱和度随温度的增加而增加，裂解气体随温度升高出现的次序为烷烃→烯烃→炔烃[1]。

1.2 固体绝缘材料分解

变压器固体绝缘材料包括绝缘纸、绝缘压层板以及木块等，其化学组成的主要成分为纤维素等，热稳定性比变压器油中的化学键要弱，分解生成大量的一氧化碳和二氧化碳及少量烃类和呋喃化合物，同时被变压器油氧化。一氧化碳和二氧化碳的形成不仅随温度而且随变压器油中氧的含量和绝缘纸的湿度的增加而增加。

2.变压器潜伏性故障判断

绝缘油油中溶解气体可以有效反应设备内部潜伏性的电和热故障。判断变压器故障的方法主要有气体浓度判断法、产气速率判断法、特征气体法、三比值法、图示法等。变压器运行工况复杂，故障判断往往需要综合以上方法同时结合电气试验数据进行综合判断分析。现使用上述方法分析某750kV变电站#2主变C相绝缘油色谱异常原因分析。

某750kV变电站#2主变C相于2020年4月23日进行例行绝缘油色谱试验时，发现乙炔含量为0.16μl/L，总烃含量为58.73μl/L，检测数据如表1所示。后续持续跟踪数据变化，2021年4月8日乙炔含量数据达到0.09μl/L，总烃含量数据达到218.51μl/L，总烃含量发展趋势如图1所示。现对此情况进行详细分析与判断。

表1 某750kV变电站#2主变C相离线检测数据

图1 某750kV变电站#2主变C相总烃含量趋势图

2.1 气体浓度判断

依据《Q/GDW 1168-2013输变电设备状态检修试验规程》规定：总烃≤150μl/L（注意值），2021年7月8日起本体油色谱总烃含量超过注意值[2]。

2.2 总烃含量趋势分析

某750kV变电站#2主变C相总烃含量趋势图中观察总烃历史数据变化，发现从2020年4月23日至2021年9月23日，总烃含量呈现明显增长趋势，如图1所示。

2.3 产气速率计算

2.3.1 绝对产气速率

式中：

C2—2021年9月28日取样测得油中总烃浓度，μl/L;

C1—2021年8月17日取样测得油中总烃浓度，μl/L。

密封式变压器总烃绝对产气速率的注意值不大于12ml/d，超过注意值。

2.3.2 相对产气速率

式中：

C2—2021年9月28日取样测得油中总烃浓度，μl/L;

C1—2021年8月17日取样测得油中总烃浓度，μl/L。

变压器总烃相对产气速率的注意值为不大于10%，超过注意值，相对产气速率与绝对产气速率结论一致，可见气体上升速度很快，设备内部存在异常，需缩短检测周期。

2.4 故障类型的判断

（1）特征气体法分析[3]。

对2021年9月28日取样的分析结果进行特征气体分析，如表2所示：乙烯和甲烷是主要特征气体，乙烷和氢气是次要特征气体，当故障涉及固体绝缘时，会引起一氧化碳和二氧化碳含量的明显增长，说明该设备中存在油过热异常未涉及固体绝缘。

表2[3] 不同故障类型产生的气体

（2）三比值法分析（以2021年9月28日的油色谱数据计算）

三比值编码为022，故障（异常）类型为高温过热（高于700℃）。

（3）立体图示法分析（以2021年9月28日的油色谱数据计算）

该点位于T3区域内，故障（异常）类型为热故障，t＞700℃，如图2所示。

图2 立体图示法

综合三比值法、立体图示法、特征气体法分析，初步判断故障（异常）类型为变压器油过热（高于700℃）。

2.5 热点温度估算

变压器油裂解的产物与温度有关，温度不同产生的特征气体亦不同。反之，如已知故障情况下油中产生的各种特征气体的浓度可以估算出故障源的温度。对于绝缘油过热，且当热点温度大于400℃，可根据经验公式来估算，即

其估算热点温度与三比值法分析结论一致。

2.6 故障部位的判断

（1）CH4/H2比值有助于判断高温过热故障是涉及导磁回路还是导电回路。大量数据表明，如果高温故障涉及导电回路，如引线接触不良、导线接头位置焊接不良或者断股以及多股绕组中股间短路等，所产生的甲烷气体含量比涉及导磁回路的含量要多，也就是CH4/H2的比值要大（一般大于3），如果高温过热故障只涉及导磁回路，此比值一般接近于1。值得注意的是，变压器潜油泵磨损引起的变压器油过热所产生的气体与导磁回路过热时产生的特征气体非常相似。该设备比值为1.8，接近于1，初步判断为潜油泵磨损或导磁回路引起的发热故障。

（2）当故障在导电回路时，往往有乙炔生成，且含量较高，C2H4/C2H6的比值也较高，乙烯的产气速率往往大于甲烷的产气速率。磁路故障一般不产生C2H2，即使产生C2H2，其浓度一般也在4μl/L以下，占总烃含量的0.5%～1%，而且C2H4/C2H6的值也较小，绝大多数情况下该比值在6以下。该设备符合磁路过热的特征。

2.7 综合电气试验数据分析判断

高频局放检测、铁心接地电流检测、红外成像检测等带电检测项目均未发现异常。

3.处理建议

（1）根据数据分析，初步判断设备可能存在导磁回路或潜油泵磨损引起的热故障，建议结合绕组直流电阻测试、铁芯绝缘电阻测试、空载损耗和空载电流检测或长时空载试验、改变负荷试验（或用短路法）试验、油泵及冷却器检查试验、油箱表面温度分布和套管顶部阴线接头温度等来进行综合判断。

（2）建议缩短离线取样分析周期并查看油在线数据，发现总烃剧增时离线取样分析，防止设备故障。

4.结语

某750kV变电站#2主变C相绝缘油色谱实验数据异常，通过对异常原因进行综合分析判断，给出了多种合理的处理措施，保障了设备的安全稳定运行。同时对类似的色谱异常处理具有一定的借鉴意义。