摘要：充油电力变压器在正常运行过程中受到热、电和机械方面力的作用下逐渐老化，产生某些可燃性气体，当变压器存在潜伏性故障时，其气体产生量和气体产生速率将逐渐明显，通过取变压器油样，使用气相色谱方法获得油中溶解的特征气体浓度后，对其进行分析就可以对变压器的内部潜伏性故障的性质和严重程度进行判断，能有效地发现充油电力设备内部的潜伏性故障及其发展趋势。
关键词：变压器油中溶解气体分析；气相色谱；潜伏性故障判断
1 前言
充油的电力设备（如变压器、电抗器、电流互感器、充油套管和充油电缆等）的绝缘主要是由矿物绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料（如电缆纸、绝缘纸板等）所组成。当电力设备内部发生过热性故障、放电性故障或受潮情况时，引起故障点周围的绝缘油和固体绝缘材料发生分解而产生气体，其中的大部分不断地溶解到油中，用色谱分析的方法，可把溶于油中的气体的成分及其含量分析出来，借此可以判别变压器内部潜伏性故障的性质和严重程度。
通过色谱分析对运行中的变压器油样进行油中溶解气体成分及含量的分测试，能有效地发现充油电力设备内部的潜伏性故障及其发展程度。
2 故障简介
110kV某变电站1号主变,型号为SZ8-40000/110，额定容量40000KVA，绝缘油重17.868t，1999年1月产品，该变压器已投运20年。
2015年跟踪取油样发现该主变总烃超标，电气试验数据无异常。2015年至2019年5月，该主变总烃一直稳步缓慢增长，2019年8月，跟踪取样发现该主变压器总烃出现跳变，增长了约2000μL/L，总烃变化趋势图如图1所示，2019年1号主变油色谱数据如表1所示。
图1 主变总烃变化趋势
3 故障判断
3.1负荷与总烃趋势
总烃与负荷变化情况如表1示。
表1 负载与总烃变化趋势
从总烃与负荷的变化趋势看，截止2019年5月6日，总烃含量与负荷呈正相关的关系，2019年8月13日，总烃出现跳变，但负荷无明显增长，因此判断主变故障点出现劣化。
3.2故障产气速率计算分析
产气速率包括相对产气速率（即每运行月（或折算到月）某种气体含量增加原有值的百分数的平均值）和绝对产气速率（每运行日产生某种气体的平均值），计算公式如公式1及公式2所示。
绝对产气速率：
（公式1）
相对产气速率：
（公式2）
3.3用比值法判断故障类型
改良三比值法
IEC三比值法最早是由国际电工委员会(IEC)在热力动力学原理和实践的基础上推荐的。我国现行的GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》[1]推荐的为改良的三比值法。其原理是根据充油电气设备内油、纸绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系，从5种气体中选择两种溶解度和扩散系数相近的气体组分组成三对比值，以不同的编码表示，根据比值的编码判断变压器所属的故障类型。
根据改良三比值法判定为高温过热，故障类型涉及的范围是：分接开关接触不良,引线夹件螺丝松动或接头焊接不良,涡流引起铜过热,铁芯漏磁,局部短路,层间绝缘不良,铁芯多点接地。
3.4热点温度计算
日本的月冈、大江等人推荐的热点温度高于400℃时，估算热点温度的经验公式为：
3.5合诊断初步结论
根据色谱数据的分析初步得出：
（1）变压器有严重故障，发展迅速，应立即采取必要措施进行返厂维修。
（2）该故障为高于700℃的高温故障，故障范围为：分解开关接触不良，连接部位松动，绝缘不良；引线夹件螺丝松动或接头焊接不良；局部短路。
（3）设备存在固体绝缘老化，热点温度估算值为720℃。
4 解体检查及故障原因分析
4.1解体检查
在发现110kV某变电站1号主变存在严重故障后，对该变压器进行解体检查，查抄故障点。经解体检查发现：
（1）变压器解体拔出线圈后，检查高压、低压、调压线圈均无明显异常；
（2）打开抽头引线绝缘包裹，发现多处引线存在焊接不良、引线泡股等工艺缺陷，且最里面的绝缘纸有高温碳化现象，且引线四股并绕，只有三股搭接焊接。
4.2 故障原因分析
110kV某变电站1号主变故障特征气体显示总烃超标，三比值法编码为022，判断主变内部存在大于700℃的高温过热点，导致总烃升高。通过变压器解体检查发现， 1号主变内部存在引线焊接不良、引线抛股等工艺缺陷，在投入运行后，随着负荷的增加，逐渐发热，长此以往，对主变中的绝缘油、绝缘纸造成损害，最终导致了此次故障。
5 结论
对于变压器此类型故障，出厂试验及其他预试项目均不能有效反映，只有在温升试验后对变压器油色谱数据进行监测，才能反映出变压器引线存在的工艺缺陷问题，但温升试验属于型式试验，并不是每台变压器都需进行。因此，在变压器制造过程中，厂家应严格依相关工艺规定进行，在进行变压器监造时，监造人员依据变压器技术规范要求对变压器引线压接或焊接质量进行验证，才能保证变压器的稳定运行。
参考文献
[1] GB/T7252-2001， 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].
[2]汪红梅. 电力用油（气）[M].化学工业出版社.
[3]钱旭耀.变压器油及相关故障诊断处理技术 [M].北京：中国电力出版社，2006.
论文作者:杨宏奎
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
标签：变压器论文; 故障论文; 气体论文; 引线论文; 比值论文; 潜伏性论文; 色谱论文; 《电力设备》2019年第16期论文;