電力變壓器分析論文
關鍵詞：變壓器色譜分析故障判別方法
摘要：電力變壓器故障檢測主要有電氣量檢測和化學檢測方法。化學檢測主要是通過變壓器油中特征氣體的含量、產氣速率和三比值法進行分析判斷，它對變壓器的潛伏性故障及故障發展程度的早期發現具有有效性。實際應用過程中，為了更準確的診斷變壓器的內部故障，色譜分析應根據設備歷史運行狀況、特征氣體的含量等采用不同的分析模型確定設備運行是否屬于正常或存在潛伏性故障以及故障類別。
0.引言
變壓器故障診斷中應綜合各種有效的檢測手段和方法，對得到的各種檢測結果要進行綜合分析和評判，根據DL/T596—1996電力設備預防性試驗規程規定的試驗項目及試驗順序，通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學檢測的方法，在不停電的情況下，對發現變壓器內部的某些潛伏性故障及其發展程度的早期診斷非常靈敏而有效。經驗證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質及程度直接有關，它們之間存在不同的數學對應關系。
Abstract：
Therearetwomainmethodsforfaultdetectionofpowertransformer,electricaldetectionandchemicaldetection.Chemicaldetectionismainlyproductionrateandtheratioofthreetoanalysisandjudge,throughthetransformeroilcontentofgas.Itiseffectivetofindtransformerlatentfaultandfaultdegreeinearlystage.Inthecourseofpracticalapplication,inordertodiagnosistheinternaltransformerfailuremoreaccurately,Chromatographicanalysisshouldbeinaccordancewiththeequipmentpreviousrunningconditions,characteristicsofthegascontentandusingdifferentanalysismodeltodeterminewhethertheoperationofequipmentisnormalorequipmentexistlatentfaultandfaultcategory.
Keywords：TransformerChromatographicAnalysisTheDefect-judgementMethod
1.電力變壓器的內部故障主要有過熱性、放電性及絕緣受潮等類型
1.1過熱性故障是由于設備的絕緣性能惡化、油等絕緣材料裂化分解。又分為裸金屬過熱和固體絕緣過熱兩類。裸金屬過熱與固體絕緣過熱的區別是以CO和CO2的含量為準，前者含量較低，后者含量較高。
1.2放電性故障是設備內部產生電效應（即放電）導致設備的絕緣性能惡化。又可按產生電效應的強弱分為高能放電（電弧放電）、低能量放電（火花放電）和局部放電三種[1]。
1.2.1發生電弧放電時，產生氣體主要為乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯氣體。這種故障在設備中存在時間較短，預兆又不明顯，因此一般色譜法較難預測。
1.2.2火花放電，是一種間歇性的放電故障。常見于套管引線對電位未固定的套管導電管，均壓圈等的放電;引線局部接觸不良或鐵心接地片接觸不良而引起的放電;分接開關撥叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。產生氣體主要為乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯氣體，但由于故障能量較低，一般總烴含量不高。
1.2.3局部放電主要發生在互感器和套管上。由于設備受潮，制造工藝差或維護不當，都會造成局部放電。產生氣體主要是氫氣，其次是甲烷。當放電能量較高時，也會產生少量的乙炔氣體。
1.3變壓器絕緣受潮時，其特征氣體H2含量較高，而其它氣體成分增加不明顯。
值得注意的是，芳烴含量問題。因為它具有很好的“抗析氣”性能。不同牌號油含芳烴量不同，在電場作用下產生的氣體量不同。芳烴含量少的油“抗析氣”性能較差，故在電場作用下易產生氫和甲烷，嚴重時還會生成蠟狀物質；而芳烴含量較多的絕緣油“抗析氣”性能較好，產生的氫氣和甲烷就少些，因此，具體判斷時要考慮這一因素的影響。
2.色譜分析診斷的基本程序
2.1首先看特征氣體的含量。若H2、C2H2、總烴有一項大于規程規定的注意值的20%，應先根據特征氣體含量作大致判斷，主要的對應關系是：①若有乙炔，應懷疑電弧或火花放電；②氫氣很大，應懷疑有進水受潮的可能；③總烴中烷烴和烯烴過量而炔烴很小或無，則是過熱的特征。
2.2計算產生速率，評估故障發展的快慢。
2.3通過分析的氣體組分含量，進行三比值計算，確定故障類別。
2.4核對設備的運行歷史，并且通過其它試驗進行綜合判斷。
3.油中主要氣體含量達到注意值時故障分析方法
在判斷設備內有無故障時，首先將氣體分析結果中的幾項主要指標，（H2，∑CH，C2H2）與色譜分析導則規定的注意值（表1）進行比較。
3.1當任一項含量超過注意值時都應引起注意。但是這些注意值不是劃分設備有無故障的唯一標準，因此，不能拿“標準”死套。如有的設備因某種原因使氣體含量較高，超過注意值，也不能斷言判定有故障，因為可能不是本體故障所致，而是外來干擾引起的基數較高，這時應與歷史數據比較，如果沒有歷史數據，則需要確定一個適當的檢測周期進行追蹤分析。又如有些氣體含量雖低于注意值，但含量增長迅速時，也應追蹤分析。就是說：不要以為氣體含量一超過注意值就判斷為故障，甚至采取內部檢查修理或限制負荷等措施，是不經濟的，而最終判斷有無故障，是把分析結果絕對值超過規定的注意值，（注意非故障性原因產生的故障氣體的影響，以免誤判），且產氣速率又超過10%的注意值時，才判斷為存在故障。
3.2注意值不是變壓器停運的限制，要根據具體情況進行判斷，如果不是電路（包括絕緣）問題，可以緩停運檢查。
3.3若油中含有氫和烴類氣體，但不超過注意值，且氣體成份含量一直比較穩定，沒有發展趨勢，則認為變壓器運行正常。
3.4表1中注意值是根據對國內19個省市6000多臺次變壓器的統計而制定的，其中統計超過注意值的變壓器臺數占總臺數的比例為5%左右。
3.5注意油中CO、CO2含量及比值。變壓器在運行中固體絕緣老化會產生CO和CO2。同時，油中CO和CO2的含量既同變壓器運行年限有關，也與設備結構、運行負荷和溫度等因素有關，因此目前導則還不能規定統一的注意值。只是粗略的認為，開放式的變壓器中，CO的含量小于300l/L，CO2/CO比值在7左右時，屬于正常范圍；而密封變壓器中的CO2/CO比值一般低于7時也屬于正常值。
3.6應用舉例
3.6.1濟源供電公司220KV虎嶺變電站3#主變，1978年生產，1980年投運至今已運行28年，接近設備的壽命期。從2004年開始的油色譜報告分析中就存在多種氣體含量超標現象，對上述數據跟蹤分析,有不同程度乙炔、乙烯、總烴超過注意值，考慮變壓器運行年限、內部絕緣老化，結合外部電氣檢測數據，認為該變壓器可繼續運行，加強跟蹤，縮短試驗周期。目前此變壓器仍在線運行。
3.6.220xx年4月15日,35KV黃河變電站1#主變預試時發現氫氣含量明顯增長。變壓器型號為：SL7-5000KVA/35，2001年8月投運，具體色譜數據如下：
分析結果:色譜分析顯示氫氣含量雖未超過注意值,但增長較快,為原數值的12倍,其它特征氣體無明顯變化,說明變壓器油中有水份在電場作用下電解釋放出氫氣，同時對油進行電氣耐壓試驗，擊穿電壓為28KV，微水測定為80ppm，進一步驗證油中有水份存在。經仔細檢查發現防暴筒密封玻璃有裂紋，內有大量水銹，外部水份通過此裂紋進入變壓器內部。經處理后變壓器油中氫氣含量恢復正常。
4.故障產氣速率判斷法方法
4.1實踐證明，故障的發展過程是一個漸進的過程,僅由對油中溶解的'氣體含量分析結果的絕對值很難確定故障的存在和嚴重程度。因此，為了及時發現雖未達到氣體含量的注意值，但卻有較快的增長速率的低能量潛伏性故障，還必須考慮故障部位的產氣速率。根據GB/T7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析判斷導則》中推薦通過產氣速率大小作為判斷故障的危害程度，對分析故障性質和發展程度（包括故障源的功率、溫度和面積等）具有重要的意義。當相對產氣速率（每運行月某種氣體含量增加值占原有起始值的百分數的平均值），總烴的產氣速率大于10%時應引起注意，變壓器內部可能有故障存在，如大于40l/L/月可能存在嚴重故障。但是,對總烴起始含量很低的變壓器不易采用此判據[2]。
4.2根據總烴含量、產氣速率判斷故障的方法
4.2.1總烴的絕對值小于注意值，總烴產氣速率小于注意值，則變壓器正常；
4.2.2總烴大于注意值，但不超過注意值的3倍，總烴產氣速率小于注意值，則變壓器有故障，但發展緩慢，可繼續運行并注意觀察。
4.2.3總烴大于注意值，但不超過注意值的3倍，總烴產氣速率為注意值的1～2倍，則變壓器有故障，應縮短試驗周期，密切注意故障發展；
4.2.4總烴大于注意值的3倍，總烴產氣速率大于注意值的3倍，則設備有嚴重故障，發展迅速，應立即采取必要的措施，有條件時可進行吊罩檢修[2]。
分析結果:從7月～8月份跟蹤試驗數據認為,特征氣體含量屬正常范圍,產氣速率較小,考慮是新投運變壓器,繼續跟蹤運行；9月份后發現乙烯、乙炔、總烴含量超過注意值，同時產氣速率超過15%，乙炔、氫氣增長較快。結合投運時電氣交接試驗情況，此變采用ABB油氣套管，且變壓器出廠時雖做局部放電試驗，但油氣套管未進工廠是在現場組裝的。由于變壓器套管直接與GIS設備連接，交接時無法進行主變局放試驗。通過特征氣體產生率、三比值法判斷內部可能有火花放電存在，懷疑高壓引線與套管連接處可能存在缺陷。經常規電氣試驗未發現異常，放油后檢查發現，套管未端屏蔽罩固定螺絲三個中有一個較松動，但無明顯放電痕跡，緊固后對油進行脫氣處理，主變試運至今色譜分析正常。
5.根據三比值法分析判斷方法
所謂的IEC三比值法實際上是羅杰斯比值法的一種改進方法。通過計算，C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的值，將選用的5種特征氣體構成三對比值，對應不同的編碼，分別對應經統計得出的不同故障類型。應用三比值法應當注意的問題：
5.1對油中各種氣體含量正常的變壓器，其比值沒有意義。
5.2只有油中氣體各成份含量足夠高（通常超過注意值），氣體成分濃度應不小于分析方法靈敏度極限值的10倍[3]，且經綜合分析確定變壓器內部存在故障后，才能進一步用三比值法分析其故障性質。如果不論變壓器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能將正常的變壓誤判斷為故障變壓器，造成不必要的經濟損失[3]。
5.3應用舉例
分析結果：變壓器差動、瓦斯繼電器同時動作，甲烷、乙烯、乙炔、氫氣、總烴含量均超過注意值數倍，可直接采用三比值法判斷故障類型。查編碼為102，屬高能放電故障，可能會出現工頻續流放電、繞組之間或繞組對地之間的絕緣油發生電弧擊穿、調壓開關切斷電源等；結合外部電氣試驗測得B相高壓繞組直流電阻不平衡率達25%，初步判斷為B相繞組有嚴重電弧故障。吊罩檢查發現B相高壓繞組中性點處出現嚴重匝間短路，并有電弧放電痕跡，主變本體損壞嚴重。
6.結束語
變壓器油中氣體含量色譜分析方法能有效診斷變壓器內部潛伏性故障的早期存在。具體應用中要根據故障或缺陷的不同發展階段,采用不同的分析方法,結合設備的實際運行狀況及外部電氣試驗數據,充分發揮油化學檢測的靈敏性,正確評判設備狀況或制定針對性的檢修策略，提高變壓器的運行可靠性。
參考文獻：
1、譚志龍等編，電力用油（氣）技術問答，中國電力出版社[M]，2006：89
2、王曉鶯等編著，變壓器故障與監測，機械工業出版社[M]，2004.3：51
3、董其國編著，電力變壓器故障與診斷，中國電力出版社[M]，2000：43
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