摘要：铁芯多点接地是变压器较常见的故障之一，气相色谱分析法能够早期诊断变压器内部的潜伏性故障。本文通过对某110kV变电所变压器油泵损坏造成铁芯多点接地故障的分析，简述了气相色谱法的故障诊断过程，并与多专业配合检查试验及时确认故障部位，有效避免了事故的发生。
关键词：变压器油；色谱；铁芯多点接地；分析
引言
电力变压器正常运行时，铁芯必须有一点可靠接地。当铁芯出现两点以上接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，造成铁芯局部过热，变压器油内气体大幅增加，轻瓦斯动作，如果故障不能及时排除,将会造成重瓦斯保护跳闸的大面积停电事故。
目前，变压器铁芯多点接地故障的检测方法主要有三种，即测量铁芯绝缘电阻法、运行中测量铁芯接地电流的电气法和检测变压器绝缘油特性的气相色谱分析法。
变压器油中气体色谱分析法是利用变压器油中溶解气体和游离气体含量进行变压器故障识别和故障类型判断的方法。变压器油由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成H2和低分子烃类气体，如CH4、 C2H6、C2H4、C2H2等。故障初期，这些气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集成自由气体。
本文通过一个具体实例，重点介绍气相色谱分析法在变压器铁芯多点接地故障判断中的实践应用。
1 变压器油气相色谱测定及故障诊断
2017年4月3日23点，某110kV变电所2号主变油温86℃，经现场调查，发现2号主变1号冷却器油泵烧损，更换油泵后，油温持续在70℃左右，故障分析如下：
某110kV变电所2号主变，型号SFPSZ7，容量40000kVA，额定电压110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/6.6kV，生产日期1990年3月。
以下变压器油气相色谱测定及故障分析严格按照DL/T 722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（以下简称《导则》）进行。
1.1变压器油气相色谱测定
4月4日，2号主变油色谱及常规化验数据如下：
表1色谱数据 单位：μL/L
表2 常规数据
1.2 故障诊断
1.2.1注意值判定
1.2.1.1特征气体含量注意值判定
根据表1和表2数据分析可以看出：变压器油中乙炔10.22μL/L，超出《导则》9.3.1油中溶解气体含量注意值规定的注意值5μL/L，应当引起注意，其他指标合格。
1.2.1.2 气体增长率注意值判定
气体增长率（产气速率）考查的是两次取样试验间隔期间气体含量的增长情况，反应故障的发展趋势和方向。《导则》9.3.2气体增长率注意值规定密闭式变压器乙炔、总烃绝对产气速率的注意值分别为： 0.2 mL／d 、12mL／d。总烃的相对产气速率注意值10％／月。
对2号主变前一年数据进行对比，见表3。
表3 试验数据对比 单位：μL/L
（1）绝对产气速率计算：
γa C2H2= (Ci,2- Ci,1)m/ρ△t =（10.22-0）24820/860*157=1.9＞0.2
γa总烃 = (Ci,2- Ci,1)m/ρ△t=（126.85-75）24820/860*157=9.5＜12
式中： γa——绝对产气速率，mL/d；
Ci,2——第二次取样测得油中某气体浓度，uL/L；
Ci,1——第二次取样测得油中某气体浓度，uL/L；
△t——二次取样时间间隔中的实际运行时间，d；
m——设备总油量，t；
ρ——油的密度，t/m3；
（2）相对产气速率计算：
γr 总烃(%)=[(Cj2-Cj1)/ Cj1]×(1/Δt)×100%
=[（126.85-75）/75]*（1/5）=13.8%＞10%
其中：γr——相对产气速率，%/月
Cj2——第二次取样测得油中某气体浓度，uL/L
Cj1——第一次取样测得油中某气体浓度，uL/L
Δt——二次取样时间间隔中的实际运行时间，月
由于乙炔含量、乙炔绝对产气速率及总烃相对产气速率超出注意值，仅能明确注意方向、缩短检测周期以及故障可能存在，不能作为划分变压器内部有无故障的唯一判断依据，需进一步通过气体含量比值法进一步判断故障有无及故障类型。
1.2.2 故障判定：
气体含量比值法通常选用三比值法，就是利用五种气体（CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2）的三对比值的编码组合来进行故障类型判断的方法。
C2H2／C2H4=10.22/29.20=0.35
CH4／H2=64.64/29.01=2.2
C2H4／C2H6=29.20/22.80=1.3
依据《导则》10.2.1编码规则及故障类型判断方法，三比值编码121，属于电弧放电兼过热故障。
1.3 诊断结论：
通过以上诊断分析，乙炔含量、乙炔绝对产气速率及总烃的相对产气速率超过注意值，说明气体含量迅速增加，初步判断可能存在故障，通过三比值法进一步诊断，明确故障存在且类型为电弧放电兼过热故障。
2 色谱分析诊断结论验证
4月8日，对2号主变停电进行绝缘电阻测试，发现2号主变接地套管绝缘电阻为零。吊芯检查，绝缘电阻测试数据见表4，判断为铁芯多点接地故障，是油中悬浮物造成。
表4 放油前、中、后绝缘电阻试验数据
吊罩后，发现油箱底部有银色粉末状杂物和油泥污垢，绕组端圈上可见附着黄色颗粒状杂质。测量绝缘电阻，在变压器注放油阀侧下夹件之间方铁附近发生放电,可见明显的放电火花。吊罩后绝缘电阻测试数据见表5。
表5 吊罩后绝缘电阻历次测试数据
4月5日对烧损的油泵进行解体检查试验，U、W相与外壳接地，油泵轴承损坏，轴承与支架已经分离，同时可见银色粉末状金属碎屑，与变压器吊罩后油箱内采集的银色金属粉末相同，都能被磁体吸附。
通过上述检查确定故障产生原因如下：
由于1号冷却器油泵轴承架散落，导致定子、转子铁芯严重摩擦扫膛，致使油泵电机定子绕组过热烧损，同时因摩擦产生的金属粉末或定子绕组烧毁的铜渣、碳化物，随变压器油循环到铁芯与夹件间造成铁芯多点接地。
3 故障处理效果评估
4月16日2号主变恢复运行，4月18日观察主变油温为25℃，油化验连续追踪色谱分析数据见表6。可以看出，油中有微量乙炔存在，各种气体含量均无明显增长，由于油中乙炔含量较少，判断是绕组和铁芯中残留的痕量造成，对设备运行没有影响。
表6 2号主变 色谱数据 单位：uL/L
结束语
变压器油中溶解气体色谱分析技术监测变压器等充油设备内部早期故障，是可行的、有效的，在故障诊断过程中，可利用现场高压试验进行互相验证，通过检修专业检查结果进一步确定变压器内部故障点，因此，气相色谱分析法对避免变压器等设备的恶性事故有十分重要的作用。
参考文献:
［1］DL/T 596-1996 《电力设备预防性试验规程》，1996
［2］GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，2001
［3］DL/T 722-2014 《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，2015
作者简介：
邵 云（1972-），女，辽宁省庄河市，大学，高级工程师，专长油气化验分析技术。
论文作者:邵云
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：变压器论文; 气体论文; 故障论文; 色谱论文; 铁芯论文; 多点论文; 速率论文; 《电力设备》2019年第6期论文;