變壓器油中溶解氣體含量突增故障診斷探討

1變壓器油中溶解氣體的主要來(lái)源

變壓器是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要電氣設(shè)備之一,變壓器油以其自身所具備的優(yōu)良性能和低廉的價(jià)格,成為大部分電力變壓器的絕緣和冷卻介質(zhì)。通常情況下,變壓器正式投運(yùn)前需要注入變壓器油,而在變壓器油尚未注入變壓器時(shí),部分溶解氣體便已經(jīng)存在,如H2(氫氣)、CH4(甲烷)等?？蓪⒆儔浩饔椭腥芙鈿怏w的來(lái)源歸納為以下幾個(gè)方面:

1.1來(lái)自于大氣

變壓器油是石油類液體,加工時(shí)通常會(huì)與生產(chǎn)環(huán)境中的大氣接觸,此過(guò)程中,油液會(huì)吸收一定量的空氣。另外,在后續(xù)的儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中,油液也會(huì)或多或少地吸收空氣。而變壓器油中的溶解氣體則是吸收了大氣中的o2(氧氣)和N2(氮?dú)?。

1.2絕緣油分解

絕緣油是由許多不同碳?xì)浠衔锓肿咏M成的混合物,電或熱故障可使其中某些C二H鍵或C二C鍵斷裂,并有少量氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔锏淖杂苫殡S產(chǎn)生。這些自由基和氫原子等經(jīng)過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)重新生成氫氣和烴類物質(zhì),如甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等。

1.3固體絕緣材料分解

從電力變壓器結(jié)構(gòu)上看,固體絕緣材料是不可或缺的重要部分,其主要成分是纖維素,熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I弱。在電、熱、水分、氧等作用下,纖維素裂解、氧化、水解,生成Co、Co2、水、烴類物質(zhì)、哄喃化合物等,會(huì)對(duì)變壓器的運(yùn)行性能造成不良影響。

2變壓器故障診斷中的油色譜分析法

變壓器在運(yùn)行過(guò)程中受到諸多因素的影響,常會(huì)發(fā)生各種故障。在對(duì)變壓器故障進(jìn)行檢測(cè)時(shí),采用電氣試驗(yàn)只能發(fā)現(xiàn)局部故障和發(fā)熱缺陷等問(wèn)題。而通過(guò)對(duì)變壓器油中的氣體進(jìn)行色譜分析,能對(duì)變壓器中潛在的故障及其未來(lái)可能的發(fā)展程度進(jìn)行診斷。正因如此,油色譜分析在變壓器故障診斷中得到了廣泛應(yīng)用。

2.1油色譜分析法的基本原理

變壓器油中烴類氣體的產(chǎn)生速率主要與溫度有關(guān),當(dāng)溫度達(dá)到某個(gè)特定值后,變壓器中某種氣體的產(chǎn)生率就會(huì)隨之出現(xiàn)最大值,油色譜分析基于的就是這一原理。相關(guān)研究表明,在溫度升高后,變壓器油中產(chǎn)氣率最大的是甲烷,乙烷次之,再次是乙烯和乙炔,由此可見(jiàn),變壓器故障溫度與變壓器油中溶解氣體的含量存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.2故障特征氣體

變壓器運(yùn)行中,局部過(guò)熱、放電是較為常見(jiàn)的故障現(xiàn)象,此類故障的主要表現(xiàn)之一就是產(chǎn)生故障特征氣體。當(dāng)變壓器

正常運(yùn)行時(shí),變壓器油、固體絕緣材料均會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生老化及變質(zhì),同時(shí)還會(huì)分解出少量氣體。而變壓器發(fā)生過(guò)熱、放電等故障或是絕緣受潮時(shí),變壓器油中氣體的含量會(huì)快速增加。變壓器不同類型的故障產(chǎn)生的氣體成分有所區(qū)別,詳情如表1所示。

3變壓器油中溶解氣體含量突增的故障診斷實(shí)例

3.1實(shí)例一

3.1.1問(wèn)題概況

某電廠為了滿足生產(chǎn)需要,投入一臺(tái)全新的110kV變壓器,該變壓器正式投運(yùn)的時(shí)間為2018年8月10日。變壓器投運(yùn)時(shí),所有的參數(shù)全部為正常值,但在運(yùn)行4天后,根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求,對(duì)該變壓器進(jìn)行油色譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn),變壓器油中的H2含量突然增大,且超過(guò)限值。隨后,對(duì)該變壓器進(jìn)行連續(xù)3天的監(jiān)測(cè),油中H2的含量不斷增大,但其他特征氣體的含量卻并未發(fā)生太大的變化,全部維持在限值允許范圍內(nèi)。為保險(xiǎn)起見(jiàn),檢修班組于8月18日對(duì)該變壓器進(jìn)行了斷電檢修,但所有的試驗(yàn)結(jié)果均顯示為正常。隨后采用真空脫氣的方式對(duì)變壓器油進(jìn)行處理,于8月21日重新投入運(yùn)行,并對(duì)其進(jìn)行跟蹤檢測(cè)。8月30日,該變壓器的H2含量再次增大,超過(guò)限值。

3.1.2H2含量突增的原因分析

查閱相關(guān)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致變壓器油中H2含量增大的原因主要有以下幾個(gè)方面:

(1)故障部位的溫度超高,受到高溫作用的影響,油發(fā)生裂解,進(jìn)而產(chǎn)生H2。在這種情況下,變壓器油中其他烴類的含量也會(huì)隨之增加。

(2)變壓器油中所含的水分與Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而產(chǎn)生H2。

(3)某些材料中含有鎳(催化劑),受到電場(chǎng)的作用,變壓器油中的部分烴類會(huì)出現(xiàn)脫氫反應(yīng),反應(yīng)產(chǎn)物為H2。

該例中,只有H2的含量增大得比較明顯,而其他氣體含量并未出現(xiàn)較為顯著的變化。結(jié)合上述原因分析,可以排除高溫引起變壓器油裂解的可能性。進(jìn)一步分析后,得出如下結(jié)論:該變壓器油中H2突增是脫氫反應(yīng)所致,之所以會(huì)發(fā)生脫氫反應(yīng),可能與變壓器制造過(guò)程中使用的材料有關(guān)。維修部門與該變壓器的生產(chǎn)廠家取得聯(lián)系,經(jīng)過(guò)詢問(wèn)之后,確認(rèn)該變壓器制造時(shí)采用了一種新型的鋼材,因此該變壓器本身并無(wú)任何故障問(wèn)題。

3.2實(shí)例二

3.2.1問(wèn)題概況

某供電公司轄區(qū)內(nèi)一座220kV變電站的主變?cè)谝荒陜?nèi)出現(xiàn)了兩次變壓器油中溶解氣體突增的情況,首次出現(xiàn)的時(shí)間為2017年8月9日,在進(jìn)行常規(guī)油色譜分析時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器油中的乙炔含量突增,隨后維修部門連續(xù)7天進(jìn)行了檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn),該變壓器油中的乙炔含量不斷增長(zhǎng),超過(guò)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。而在檢測(cè)過(guò)程中,變壓器油中其他氣體的含量基本維持在穩(wěn)定狀態(tài),未出現(xiàn)較大變化。第二次氣體含量突增現(xiàn)象發(fā)生在2018年2月4日一10日這段時(shí)間,除C0和C02之外,其余氣體含量均發(fā)生突變,其中H2和C2H2的增幅最大,前者達(dá)到80.57μL/L,后者達(dá)到23.66μL/L。

3.2.2故障診斷

對(duì)該變壓器進(jìn)行油色譜試驗(yàn)和絕緣試驗(yàn),經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致色譜超標(biāo)的主要原因是變壓器內(nèi)部瞬時(shí)放電造成油分解。由于C0和C02并未發(fā)生明顯變化,且絕緣試驗(yàn)的所有數(shù)據(jù)均為正常值,因此判斷氣體突增與絕緣材料無(wú)關(guān),可能是因?yàn)橥獠侩妷涸龃?使變壓器內(nèi)部出現(xiàn)瞬時(shí)放電,引起絕緣油分解,致使溶解氣體組分增長(zhǎng),最終造成C2H2突增。初步判斷原因之后,對(duì)該變壓器進(jìn)行吊罩檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在繞組外層絕緣板上有明顯的放電痕跡,同時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)壓繞組引線夾下有一塊橡膠條,經(jīng)過(guò)全面檢查后發(fā)現(xiàn),該橡膠條為密封墊上的一部分,可能是安裝時(shí)位置偏移,在剪切力的作用下,橡膠條從密封墊上被截下。在變壓器振動(dòng)的作用下,橡膠條落到木架上,并不斷靠近絕緣板,進(jìn)而引起放電。找到故障原因后,去除橡膠條,并將變壓器重新裝好,投入運(yùn)行,經(jīng)過(guò)為期6個(gè)月的觀察,未再次出現(xiàn)溶解氣體突增的現(xiàn)象。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,當(dāng)變壓器油中溶解氣體的含量突然增大時(shí),說(shuō)明變壓器出現(xiàn)故障,此時(shí)應(yīng)當(dāng)采取油色譜分析的方法,對(duì)變壓器油進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)檢測(cè)結(jié)果,判斷導(dǎo)致溶解氣體含量增大的原因,進(jìn)而采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理,消除故障,使變壓器恢復(fù)正常運(yùn)行,這對(duì)于提高變壓器的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。