张峰
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摘要：当前普遍使用的变压器为油浸式变压器，油浸变压器是电力电网系统中极其重要的设备，对整个电力系统的持续稳定运行起到至关重要的作用。其绝缘性能又直接影响变压器的使用寿命和运行状况，对油浸变压器的绝缘性和后期维护进行全面掌握有助于电力系统的持续运行和供电安全，而色谱分析是诊断变压器故障的一种有效方法。本文举例说明绝缘油色谱分析在变压器故障判断中的应用，希望能够及时排除主变压器故障，保证设备安全、稳定运行，提高供电可靠率。
关键字：绝缘油色谱试验；变压器故障
1变压器故障分析
1.1故障条件下产气种类
当变压器处于正常操作状态下，且当油中气体含量，与空气溶解平衡后，此时变压器油中含气成分，包括30%含量的氧气、70%左右的氮气、0.3%左右的二氧化碳，以及少量的烃气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳气体。同时在电、热故障点温度增加的情况下，特征气体会按照一定键能顺序产生，以上几种气体的排序，就是产气顺序。
1.2故障类型
变压器内部故障，主要体现为热故障、电故障两种故障类型。其中热故障，主要产生以烃类气体，故障类型包括150℃、300℃以下的低温过热；300℃到700℃之间的中温过热，以及700℃以上的高温过热故障。其中没有超过150℃的低温过热，表现为超负荷导致的绝缘导线温度升高；而超过150℃以上热故障，表现为开关触头、铁芯接地、铁芯短路、电导体过流、电导体焊接、漏磁集中、冷却油道堵塞部位等故障。
而电故障，主要产生氢气、甲烷和乙炔气体；故障指变压器的放电行为，包括电弧放电、火花放电、局部放电。其中电弧放电故障，多会突然发生剧烈的放电现象，使其继电器出现跳闸动作。其中火花放电故障，时常发生在导线连接不良位置，表现为间歇性频繁放电，使其气体继电器，发生产气报警动作。而局部放电故障，放电形式外部表现不明显，且长时间的低能量放电。当变压器的绝缘材料，出现老化现象时，主要产生一氧化碳、二氧化碳气体；当其内部受潮时，会产生氢气。。
2变压器油色谱分析的原理
变压器运行过程中，变压器油加上特殊的绝缘材料能够有效地实现对电流的绝缘，从而保证变压器各部件的安全运行。变压器油作为一种油质原料，主要由烃类有机物组成，在变压器运行过程中，由于内部电流转换会使变压器油发生一定的化学变化，特别是运行中的变压器油在热度增高情况下会发生化学反应，从而改变原有的化学构成元素性质，分解出一些气体。这些产生的气体会溶解在变压器油中，从而使变压器油的色谱发生一定的改变。一旦变压器出现故障时，此时变压器油质颜色变化也较为剧烈，而且有较多的气体产生，这种情况下变压器油色谱变化情况会在色谱上呈现出来，针对变压器油质颜色的差别所体现出来的色谱变化也会存在不同，根据色谱变化情况来辨识变压器的不同故障。
3绝缘油色谱试验判断变压器故障案例
绝缘油色谱试验是发现油绝缘电气设备潜伏性内部故障有效、灵敏地带电检测手段，通过采集设备底部油样进行震荡脱气后检测平衡气中各组分浓度，分析各类特征气体的含量，从而判断设备的运行状况。相较于停电开展的预防性试验，具有加压时间长、施加电压高的优势，能够灵活调整试验周期进行跟踪，详细掌握设备内部变化情况，是带电检测电气设备的高效手段之一。
3.1事件起因
某变电站运行着一台超过15年的变压器，油重14t，容量为20000kVA，在2019年10月开展常规油化试验时发现总烃达214.5μL/L，超过《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中关于总烃注意值150μL/L的要求。详细试验数据见表1。与上一年常规试验所得总烃含量比较，相对产气速率为13.12%/月，超过《导则》中关于总体的相对产气速率注意值为10%/月的要求。乙炔（C2H2）的含量较上一年有有所增长，但未超过注意值的要求。采用改良三比值法进行分析，比值编码为022，参考《导则》中给出的分析结果，故障性质为高温过热，故障温度高于700℃。典型情况有分接开关接触不良、引线接触不良、铁芯多点接地等各种情况。为持续跟踪各气体含量的增长趋势，确保变压器的内部状态得到有效的监测，于2019年11月开展跟踪试验，气体总烃含量增长至225.5μL/L，详细试验结果如表1所示。1个月内总烃的相对产气速率为5.12%/月，比值编码为002，故障性质以及典型情况与上个月相同。结合大卫三角形法进行辅助分析，分析结果为“D2——高能放电”。
表1 主变绝缘油色谱记录
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3.2停电试验
为防止该变压器内部故障进一步扩大，产生链式反应造成变压器重大故障后无法修复，结合改良三比值法的分析结果以及铁芯接地电流测试结果，初步怀疑乙炔（C2H2）气体的产生以及总烃含量的增长是由于分接开关接触不良引起的。2019年11月30日申请停电，对该变压器进行检查试验。试验工作的重心放在了绕组连同套管的直流电阻试验项目上。在开展中压侧绕组连同套管直流电阻试验时发现，运行档位绕组的直流电阻不平衡率达13.7%，最大相间差别达24.1 mΩ，超过1600kVA以上变压器，各相绕组电阻相互间的差别一般不大于三相平均值的2%，线间差别一般不大于平均值的1%的要求，原因在于C相直流电阻偏大。该变压器中压侧采用分相式无励磁分接开关进行调压，使用扳手转动调压齿轮一定的圈数即可调节档位。在现场对无励磁开关进行循环调档两次再复测中压侧运行档直流电阻，不平衡率已缩小至0.29%。对变压器进行剩余检查试验未发现异常数据。可见，该变压器的油中总烃含量的增长以及乙炔气体的产生是由于分接开关动静触头接触不良引起的。一种可能的解释是变压器在带负荷运行的过程中产生震动，而长期未调档的分接开关在变压器的震动下松动，并且该变压器内的绝缘油运行年限已久，在分接开关的松动处积累了较多的油泥，进一步导致分接开关的动静触头接触电阻增大，进而产生了高温过热的内部故障现象，使变压器油中的乙炔及总烃含量增长。在循环调档研磨分接开关接触部位后，油泥被清除，接触电阻减小，直流电阻恢复正常。
3.3结语
（1）本次通过绝缘油气相色谱法分析技术发现了该变压器总烃含量异常，并通过注意值比对、相对产气速率、改良三比值法、大卫三角形法等多种故障类型分析方法跟踪、确认变压器内部故障的发展趋势，为变压器油中气体含量的异常分析、数据判断、变化趋势提供了切实的经验。
（2）在发现总烃、氢气（H2）、乙炔（C2H2）含量超过注意值后，应依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》的要求立即缩短周期开展跟踪，直至无明显增长趋势后才能恢复正常的跟踪周期。缩短周期跟踪后，应密切关注特征气体的增长趋势，总烃含量的相对产气速率，总烃、氢气（H2）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等油中溶解气体的绝对产气速率。
（3）采用分相式无励磁分接开关的老旧变压器，在通过绝缘油气相色谱分析发现变压器内部故障后，可重点关注无励磁分接开关的调压部位，使用红外测温等手段观察变压器内部是否有异常发热部位。同时还可以检测铁芯接地电流，确认变压器铁芯是否存在故障，进一步缩小故障的可能范围，通过各种带电检测手段为停电检查试验提供参考依据，有的放矢，节省停电检查试验时间，提高检查效率。
参考文献
[1]DL/T 722-2014.变压器油中溶解气体分析和判断导则[S]
[2]赵淑媛.主变绝缘油色谱异常分析判断与故障处理[J].内蒙古石油化工.2011