马俊锋
大唐蒲城发电有限责任公司 陕西省渭南市 715501
摘要：油浸式变压器内部发生故障时，绝缘油和固体绝缘材料会分解出气体,这些气体大部分会溶解到油中,因为不同性质的故障产生的气体不同,而同一种性质故障,故障的严重程度不同,产生的气体数量也不相同。基于此，研究油变压器油色谱分析，可及时发现变压器初期故障，并对故障性质做出判断。
关键字：变压器；维护要点；故障；防范措施
1变压器故障及发展趋势的判断
1.1 变压器油中溶解气体的特点
某电厂变压器为单相无励磁调压330kV油浸式发电机变压器，设备主要参数如表1所示。
表1 设备主要参数
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该电厂变压器自投运以来运行正常。2017年6月在色谱分析中发现油中含有乙炔1.32μL/L 超过注意值1.0μL/L并有加速增长趋势，CO、CO2等其他气体含量小幅度增加，相对平缓，均未超过注意值。变压器监视运行至2018年8月乙炔增至11.92μL/L，2018年9月至10月对变压器进行吊罩检查后检测油中乙炔含量为1.42μL/L，且有缓慢增长趋势，继续跟踪观察。2019年7月，油中乙炔含量涨至3.50μL/L左右，滤油后乙炔降为0，2020年2月，乙炔含量涨至0.89μL/L，仍有缓慢增长趋势，继续跟踪监测。
变压器油中溶解气体中乙炔增速相对较大，氢气、乙烯和总烃次之，甲烷和乙烷增速相对较低，二氧化碳和一氧化碳含量整体呈增长趋势。其中乙炔含量超过注意值1.0μL/L，经处理后，含量明显下降，且增长趋势有所放缓。总烃和氢气含量均低于注意值150 μL/L，处理或滤油后，两者含量皆下降明显。
1.2 故障判断
应用三比值法判断变压器故障类型。在图1中，A、C段的编码组合分别是120、101，B段编码组合分201、102，考虑到B段前半部分是吊罩检查后投运，乙烯含量较低，因此B段后半部分的编码组合102更具代表性，三段编码组合均显示变压器为低能放电。低能量放电（火花放电）是一种间歇性的放电故障，如铁心片之间、铁心接地不良、铁心与穿心螺丝接触不良等造成的电位悬浮放电，其主要气体成份是乙炔和氢气，其次是乙烯和甲烷气体，但由于故障能量较小，一般总烃不太高。
由CO2/CO比值判断故障是否涉及固体绝缘。固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解，表现在油中CO 和CO2的含量上，尤其是CO增量。随着油和固体绝缘材料的老化，CO和CO2会呈现有规律的增长。在图1中，2017年8月至2018年7月，CO2与CO增量之比为4.86，2018年11月至2019年7月，CO2与CO增量之比为10.25，2019年10月至2020年2月，CO2与CO增量之比为3.22，在整个故障监测时间阶段内二者的比值均不小于3，表明故障并不涉及固体绝缘材料。
1.3 故障发展趋势的判断
仅仅根据溶解气体含量的绝对值是很难对故障的严重性做出正确判断的。因为故障常常以低能量的潜伏性故障开始，若不及时采取相应的措施，可能会发展成较严重的高能量的故障。因此，必须考虑故障的发展趋势。本文对三个时间段进行产气速率计算。
（1）总烃、乙炔绝对产气速率
绝对产气速率即每运行日产生某种气体的平均值，按公式γa=( Ci2- Ci1)/Δt*m/ρ和表1的参数计算总烃、乙炔绝对产气速率，式中：γa——绝对产气速率，mL／d；Ci2——第二次取样测得油中某气体浓度，μL/L;Ci1——第一次取样测得油中某气体浓度，μL/L；Δt——两次取样时间间隔中的实际运行时间（日），d；m——设备总油量，t；ρ——油的密度，t／m3。
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图1总烃、乙炔绝对产气率
由图1可知，总烃的绝对产气率最高未超过0.006 mL／d，远低于注意值12 mL／d，乙炔的绝对产气率最高未超过0.004 mL／d，远低于注意值0.2 mL／d，而且经过吊罩检查和滤油处理后，绝对产气率明显降低。
（2）总烃相对产气速率
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，按公式γr=( Ci2- Ci1)/ Ci1*1/Δt*100%计算总烃相对产气速率，式中： γr——相对产气速率，％／月；Δt——两次取样时间间隔中的实际运行时间，月。因对总烃起始含量很低的设备不宜采用此判据，故仅计算A段总烃相对产气速率为4.38%，小于10％的注意值。
通过以上分析得出，变压器为低能间隙放电，变压器油中溶解气体有缓慢增长趋势。
2 故障处理及防范措施
2.1 故障处理措施及原因分析
（1）加强日常运行监督，监视故障发展趋势。一是加强对变压器机组在各个负荷阶段进行巡视，对油位、油温、导线接头、潜油泵、电流等组件和物理参数进行监督检查，未发现异常；二是变压器高压侧故障录波检查未发现报警及异常，主保护差动保护与重瓦斯保护投入正常；三是缩短变压器油气相色谱检测周期，以便监视故障发展趋势。
（2）通过吊罩检查，查找乙炔产生原因。对变压器进行现场吊罩检查，重点检查套管、开关内部接线，静电屏、磁屏蔽等位线连接，铁心、夹件及各结构件的外观及紧固情况，最终仅在高压出线装置处发现一处放电痕迹，其余可视部位未见异常，初步分析该处放电是油中产生乙炔的原因。但受现场条件的限制，不能对变压器进行全面检查，因此不排除变压器内部不可见部位还存在放电点。
（3）前期油中存在大量乙炔经过循环会渗透在铁心片间、深层绝缘内部等难以处理，仅通过现场油过滤、真空注油及热油循环处理不能彻底将乙炔处理干净，吊罩检查后投运初期就有乙炔产生主要是深层的乙炔析出引起。持续监测，乙炔值继续缓慢增长，数据分析还是裸金属放电性类故障，说明变压器内部还存在其它引起乙炔增长的放电点。
2.2 防范措施及后续工作建议
（1）加强变压器的油温、绕温、高低压侧电流趋势跟踪。
（2）缩短变压器油取样色谱分析的周期，及时跟踪故障发展趋势。
（3）针对间隙放电问题，建议继续跟踪监测，以月初、月末两个时间点的样品乙炔值计算绝对产气率，当绝对产气率超过0.2mL/d并且绝对产气率有明显增长时应停机处理。
（4）做好应急处置方案。一方面提前做好了检修方案，包括故障导致强迫停运就地吊罩检修及返厂检修方案。另一方面，根据企业生产状况和运行情况，可以考虑准备备用变压器。
3 结束语
总之，油中的故障特征气体的产生与变压器运行状态有关，若经过判断可能存在内部故障，还必须结合电气检修，化学测试结果，操作维护历史和外部检查进行全面判断，以进一步明确是否存在故障，提出科学、系统的技术措施，解除变压器存在的故障，确保变变压器的安全稳定运行。
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