王海红
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摘要：随着我们国家的经济不断发展，我们国家的科学技术也得到了快速的发展，在我们国家，变压器发挥着重大的作用，但是变压器也会发生一些故障，所以在本篇文章中主要研究的是利用油中溶解气体特征诊断变压器内部故障。
关键词：油中溶解气体特征诊断变压器内部故障
绝缘油中溶解气体的气相色谱分析，是在变压器的故障状况下绝缘油分裂出不同的分解物为基础，并以此来分析绝缘油所溶解的气体的成分以及含量，并借助此来分析变压器内部的故障问题。
一、变压器中气体的来源
正常运行的变压器油中溶解气体的组成主要是氧气和氮气，但是，由于某些非故障原因，也能使绝缘油中含有一定量的故障特征气体。(1)正常劣化产气。变压器油纸绝缘材料为A级绝缘，当超过其最高容许温度时，热分解速度加快，产气量增多。(2)油在精炼过程中可能形成少量气体，在脱气时未完全除去。(3)在制造厂干燥、浸渍及试验过程中，绝缘材料受热和电应力的作用产生的气体被多孔性纤维材料吸附，残留在线圈和纸板内，其后在运行时溶解于油中。(4)安装时，热油循环处理过程中也会产生一定量的二氧化碳气体。(5)由于以前发生过故障所产生的气体，即使油已经脱气处理，但仍有少量气体被纤维材料吸附并渐渐释放于油中。(6)在变压器油箱或辅助设备上进行电氧气焊时，即使不带油，但箱壁残油受热也会分解出气体。
因此，大多数运行中变压器油中会含有某些故障特征气体，必须加以鉴别。油中溶解气体对绝缘的危害主要表现在化学腐蚀使绝缘老化加速。由于局部放电等电性故障使绝缘材料电解，产生原子氧、臭氧、一氧化氮和二氧化氮等有害气体，这些气体遇水生成硝酸和亚硝酸，对绝缘材料起强烈的腐蚀作用，可能导致变压器在运行中损坏的严重事故。变压器绝缘的老化取决于变压器绕组内部的热点温度，通常认为在80～140℃的温度范围内，绝缘老化率为每升高6℃增加1倍，变压器绝缘的预期寿命缩短50%。
二、气体的特点
变压器的内部故障有好几种，各种故障产生的气体有相同的也有特殊的，既有其普遍性也有其特殊性。一般认为对于判断变压器故障有特定意义的主要气体有:氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氧气、氮气等9种气体。总烃是指甲烷、乙烷、乙烯、乙炔4种气体的总量。
2.1烃类气体的特征
是由于分接开关接触不良、铁心多点接地和局部短路、导线过电流和接头焊接不良等变压器内部裸金属过热引起油裂解的特征气体。主要是甲烷、乙烯，其次是乙烷。
2.2乙炔气体的特征
是由于线圈匝、层间绝缘击穿、引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等电弧放电、火花放电等变压器内部放电性故障产生的特征气体。正常变压器油中不含有这种气体组分。
2.3氢气气体的特征
变压器内部发生各种性质的故障都要产生氢气，当氢气含量偏高时，可能是变压器中进水。
2.4一氧化碳和二氧化碳气体的特征
变压器内的固体绝缘材料在高温下裂解，要产生大量的一氧化碳和二氧化碳，但是变压器在长期正常运行中，由于其中固体绝缘材料的老化，也会产生一氧化碳和二氧化碳，但这不是故障。
三、变压器故障的诊断
首先应判定变压器内部有无故障。当油中气体分析结果的浓度绝对值超过注意值，且产气速率也超过注意值时，可判定变压器存在内部故障。
其次判断故障类型。绝缘油在故障下热裂解产生气体，其产气速度随温度的变化而变化，且将在特定温度下达到最大。随着温度上升，产气速度最大值出现的顺序是：甲烷、乙烷、乙烯和乙炔。一般绝缘油在300℃以上就有裂解气体产生，主要成分是甲烷和氢气；到400℃时，甲烷和氢气产生比较明显，同时产生其他烃类气体；当高于800℃时，乙炔也将明显产生，所以可以从产生气体的组分及其比值来判明故障的性质及估算故障源温度。当故障在导电回路时，往往有乙炔产生且含量较高，乙烯／乙烷的比值较高，并且乙烯的产气速度往往高于甲烷的产气速度；当故障在电磁回路时，一般无乙炔产生或很微量，占氢烃总量的2％以下，乙烯／乙烷的比值较小，一般在6以下。此外，对于故障点的部位，还要结合运行、检修情况和其他试验结果进行综合判断。
四、实例介绍
4.1某电厂5号高厂变
该变1986年10月31日投运，SFFL1-31500/15，油中溶解气体色谱分析结果如表1所示。
4.1.1有无故障判定
从1995年11月分析数据看，总烃超标，伴有乙炔。总烃的绝对产气速率为0.79mL/h;总烃的相对产气速率为98%/月，均超过GB7252—87的总烃绝对产气速率0.5mL/h、相对产气速率10%/月的注意值，因此判定该变压器存在内部故障。
4.1.2故障类别
根据1995年11月分析数据，按照三比值法判断，编码组合为“002”，参考改良电协法，判断该变压器存在高温过热故障。
4.1.3热点温度估算
按照改良电协法判断T>700℃;按照日本月岗淑郎等人推导的经验公式估算T=700℃。
4.1.4故障部位估计及检查、处理
由于存在乙炔，并且乙烯的产气速率高于甲烷的产气速率，可判断该变压器为导电回路故障。1995年12月20日，测量该变压器绕组的直流电阻，数据为RAB=27.56mΨ，RBC=27.58mΨ，RCA=28.25mΨ，线间互差为2.48%，超过了DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》中不大于1%的要求。经测量检查，分接开关无问题，通过进一步的测量、分析、计算，判定在高压侧A4—X绕组上存在断股问题。经过变压器吊罩扒包，发现A4—X绕组断3股，焊后重新投入运行，目前油中气体分析结果正常。
4.2某电厂7号高厂变
该变1989年3月4日投运，SFPL-31500/15
4.2.1有无故障判定从1996年1月分析数据看，氢气、总烃超标。总烃的绝对产气速率为56.6mL/h;总烃的相对产气速率为5697%/月，均大大超过GB7252—87的总烃绝对产气速率0.5mL/h、相对产气速率10%/月的注意值。因此判定该变压器存在严重的内部故障。
4.2.2故障类型
根据1996年1月分析数据，按照三比值法判断，编码组合为“021”，由于一氧化碳、二氧化碳含量较低，参考改良电协法，判断该变压器存在属于固体绝缘以外的金属中温过热故障。
4.2.3热点温度估算
按照三比值法、改良电协法判断T在300～700℃之间;按照日本月岗淑郎等人推导的经验公式估算T=656℃。
4.2.4故障部位估计及检查、处理
由于乙烯/乙烷的比值较高，并且乙烯的产气速率高于甲烷的产气速率，可判断该变压器为导电回路故障。1996年1月24日，测量该变压器绕组的直流电阻为:RAB=33.45mΨ，RBC=33.48mΨ，RCA=50.48mΨ，线间互差为43.5%，大大超过了DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》中不大于1%的要求。经分析、计算，判定在高压侧A相绕组上存在故障。经过变压器吊罩检查，发现A相绕组分接开关烧毁。重新更换分接开关后，投入运行，目前油中气体分析结果正常。
4.3某电厂4号主变
该变1985年12月13日投运，SFPB-240000/220。
4.3.1有无故障判定
从1989年11月分析数据看，总烃超标，总烃的绝对产气速率为1.47mL/h;总烃的相对产气速率为100%/月;从1996年5月分析数据看，氢总烃超标，总烃的绝对产气速率为2.07mL/h;总烃的相对产气速率为144%/月，它们均大大超过GB7252—87的总烃绝对产气速率0.5mL/h、相对产气速率10%/月的注意值。因此判定该变压器存在严重的内部故障。
4.3.2故障类型
根据1995年6月分析数据，按照三比值法判断，编码组合为“002”，参考改良电协法，判断该变压器存在高温过热故障。
4.3.3热点温度估算
按照三比值法、改良电协法判断T>700℃;按照日本月岗淑郎等人推导的经验公式估算T=791℃。
4.3.4故障部位估计及检查、处理
由于该变压器在投运三年内无异常，1989～1996年总烃增长到2700×10-6，产气速率未发生大的变化，性质基本不变，由此推断故障点可能在磁路部分。1996年10月24日，测量该变压器绕组的直流电阻、绝缘电阻、吸收比、极化指数、泄漏电流、tgW，铁心的绝缘电阻以及运行中的接地电流，均未见异常。
经过变压器吊罩检查，发现铁心对地绝缘电阻为25MΨ，上铁轭穿心螺杆严重过热。更换穿心螺杆，心片之间涂刷绝缘漆，重新投入运行后，目前油中气体分析结果正常。
4.4某变电所2号主变
型号SFPSZ8-120000/220，油中溶解气体分
4.4.1有无故障判定
从1998年3月分析数据看，氢气、总烃超标。总烃的相对产气速率为125%/月，大大超过GB7252—87的总烃相对产气速率10%/月的注意值。因此判定该变压器存在严重的内部故障。
4.4.2故障类型
根据1998年3月分析数据，按照三比值法判断，编码组合为“021”，由于一氧化碳、二氧化碳含量较低，参考改良电协法，判断该变压器存在属于固体绝缘以外的金属中温过热故障。
4.4.3热点温度估算
按照三比值法、改良电协法判断T在300～700℃之间;按照日本月岗淑郎等人推导的经验公式估算T=618℃。
4.4.4故障部位估计及检查、处理
由于没有乙炔，甲烷产气速率高于乙烯，可判定该变压器磁路存在故障。1998年5月，测量该变压器的绕组连同套管的直流电阻和运行中铁心电流，均正常，检查潜油泵，红外测温，最后确定为铁心存在故障。经过变压器吊罩检查，发现由低压侧数铁心第二、三级间电阻为零，B、C相间上铁轭下部有硅钢片桥接。处理铁心后，重新投入运行，目前油中气体分析结果正常。
四、总结
在本篇文章中我首先研究了变压器中气体的来源，其次研究了气体的特点，即烃类气体的特征、乙炔气体的特征、氢气气体的特征以及一氧化碳和二氧化碳气体的特征，我还研究了变压器故障的诊断，最后进行了实例介绍。
参考文献：
[1] 王永森.220kV变压器乙炔含量异常的分析与处理[J].科技创新与应用. 2018(03)
[2] 李葳.李毅.变压器故障诊断和检修策略实验研究[J].电子测试. 2018(03)
论文作者:王海红
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/23
标签：变压器论文; 气体论文; 故障论文; 速率论文; 乙炔论文; 比值论文; 甲烷论文; 《建筑学研究前沿》2018年第7期论文;