变压器油色谱分析及故障诊断的应用

2022-12-26迟秀华徐从庆

冶金动力 2022年6期

于哲，张月，迟秀华，高明，徐从庆，白冰

（1.鞍钢股份能源管控中心，辽宁鞍山 114000；2.鞍钢钢铁研究院，辽宁鞍山 114000）

引言

变压器是电力系统的重要设备之一，负责电压变换、电流分配和传输任务，一旦发生故障，将会给电网系统带来极大的危害，造成巨大的经济损失［1］。采用气相色谱分析方法可以实现在不停电情况下，通过对变压器油中溶解的气体做分离分析，确定气体组分和含量变化，可以尽早地发现变压器设备中存在的潜在故障，及时消除重大设备隐患，从而确保变压器设备和电网的安全、可靠运行。

1 变压器油色谱分析原理

正常运行的变压器油和固体绝缘材料由于受到电场、热、氧和湿度的影响，随运行时间而发生速度较缓慢的老化现象，除产生一些非气态的劣化产物外，还会有少量的氢、低分子烃类气体和碳氧化物等产生，其中碳的氧化产物（CO、CO2）成分最多，其次是H2和低分子烃类［2］。当运行中的变压器内部出现故障时，其故障特征组分的含量增长较快，不同的故障有着不同的产气特征，根据特征组分的不同及其增量的变化可以诊断变压器的内部故障及其故障类型、严重程度、发展趋势。

2 故障现象

能源管控中心66 kV 27＃变电站2＃变压器（SFS8-20000/63）于2008年投运，在2017年6月例行油样化验时，发现变压器油色谱数据出现异常，其总烃、H2、C2H2三项指标数据增加明显，C2H2、H2含量分别达到42.8 μL/L、429.4 μL/L。次日持续跟踪监测，乙炔、氢气含量有持续增长趋势，分别增长到44.2 μL/L、450.8 μL/L。随后进行一段时间色谱跟踪监督，总烃、H2、C2H2含量基本稳定，变化不大。2021年11月进行变压器油色谱试验时发现H2、C2H2、总烃含量很高且增长迅速，该主变压器历次色谱分析数据见表1。

表1 2＃变压器油色谱试验数据单位：μL/L

3 故障分析

根据变压器油色谱试验数据结果，按照《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，总烃、乙炔、氢含量均超过注意值。

表2 运行中变压器油中溶解气体浓度的注意值［3］单位：μL/L

结合热轧带钢厂1780机组年修，对该主变停电进行高压绝缘试验。变压器的油温40℃时，一次线圈相直流电阻不平衡率为9.03%。变压器高压侧三相直流电阻测试数据见表3。

表3 2#变压器一次线圈三相直流电阻测试数据

调整变压器分接开关后，再次测试结果没有变化，说明故障点不在分接开关处。后由检修人员处理了一次引线接头，再次测量不平衡率为0.76%，这时直流电阻不平衡率合格了，此时的油温已降至30℃，按规程规定的1 600 kVA以上变压器的直流电阻不平衡率应不大于2%可以断定此变压器为合格。但是却有疑问，温度降下来后的电阻不平衡率跟同类变压器相比较还是有点高，而且始终是A相高，再结合变压器油色谱的分析报告，总烃、乙炔、氢含量均超过注意值，依据表4三比值法的编码规则，可得：

表4 三比值法的编码规则

C2H2/C2H4=0.098比值编码是0；CH4/H2=0.34比值编码是0。

C2H4/C2H6=4.8比值编码是2。

三比值编码为002，根据表5判断，变压器故障类型为高温过热（高于700℃）。

4 故障诊断

根据变压器油色谱分析，结合变压器一次线圈三相直流电阻测试数据，判断变压器电路存在高温过热故障。及时对此变压器进行吊套管检修，发现变压器A相高压套管内的引线有断股和熏黑的现象，熏黑痕迹是引线断股后与内壁发生打火放电所致（见图1）。

图1 变压器A相高压套管内引线断股部位

表5 变压器故障类型表

经检查分析是由于A相高压套管内的引线与套管接手接触不良，形成悬浮尖端放电，近期变压器运行负荷增大，长时间的悬浮放电产生热击穿将引线烧蚀，产生高温，使变压器油分解，产生小分子，致使油样检测数据出现异常。对此变压器立刻进行了故障处理，将破损的导线减掉，因减掉后导线不够长，又重新压接导线并接好，经试验全部合格后，正常投入运行，避免停电事故发生。