主变压器绝缘油色谱异常分析与故障处理

王宝健，杨永尚

(华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司，内蒙古包头014013)

1 机组概况

2 变压器色谱分析与故障诊断

2007－02－15—03－01，华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司缩短了油色谱分析的周期，连续跟踪特征气体的变化(见表1)，总烃的体积分数不断上升，从108.91μL/L升至219.00μL/L，其中乙炔的体积分数也有所上升。

2.1 判断故障的严重性

计算此期间的设备绝对产气速率

式中:va为绝对产气速率，mL/d;Ci2为第2次取样时测得的油中某气体的体积分数，μL/L;Ci1为第1次取样测得的油中某气体的体积分数，μL/L;Δt为2次取样间的实际运行时间，d;m为设备总油量，t;ρ为油的密度，t/m3。

该变压器为隔膜式油枕，油总量为28.2t，依上式得出总烃的绝对产气速率为267mL/d，明显超过DL/T722—2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》和GB/T7252—2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的变压器和电抗器油中总烃等的绝对产气速率注意值12mL/d[2]。根据经验值，产气速率超过96mL/d就列为严重故障。

2.2 故障类型的诊断

按照DL/T722—2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》和GB/T7252—2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》提出的改良三比值判断法进行故障类型的诊断。三比值法在实际运用中判断准确率相对较高，可作为诊断类型的依据。代入数值得出φ(C2H2)/φ(C2H4)，φ(CH4)/φ(H2)，φ(C2H4)/φ(C2H6)3个比值的编码组合为022，对照故障类型得出变压器内部高温过热(高于700℃)的结论。

表1 特征气体的变化情况

2.3 根据经验公式判断故障温度

为进一步确定是否存在高温过热故障，对热点进行温度估算，依据日本月冈、大江等人提出的油纸绝缘热裂解时产气的三比值与温度关系的经验公式t=322log[φ(C2H4)/φ(C2H6)]+525来判断故障温度[1]:2007－02－25，t=322×log4.481+525=734.7(℃);2007－03－02，t=322log4.467+525=734.3(℃)。从计算结果来看，故障点存在过热情况且温度相对稳定。

从以上分析可以判断，变压器可能存在分接开关接触不良、引线夹件螺钉松动或接头焊接不良的现象，涡流引起铜过热，铁芯漏磁，局部短路和层间绝缘不良，铁芯多点接地等故障引起的过热。华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司与变压器生产厂家讨论、分析测试结果并根据实际情况继续做色谱试验追踪分析，于2007年8月小修时对变压器进行内部检查。

3 现场故障处理过程

(1)2007－08－11停机小修，厂家技术人员打开变压器油箱人孔，有针对性地对潜油泵、分接开关、低压套管和高压中性点套管接触面、铁芯接地等进行检查，发现#4冷却器油泵转子有明显摩擦痕迹(如图1所示)，泵内发现有一个小金属颗粒，说明定子与转子的间隙中进入了杂质而引起摩擦过热，作者分析认为，泵内进入金属颗粒可能是变压器油色谱总烃超标和乙炔超标的原因。对#4冷却器的潜油泵进行更换(因油泵运行中有不明显间断异音)，紧固了高、低压侧引线的接线螺丝，未发现其他异常，直阻、变比测试与历史记录比对无差异，变压器油做了过滤脱气处理。从2007年8月25日投运后到2008年4月大修期间，变压器主要特征气体的含量仍然逐渐上升，总烃的体积分数最高达200.00μL/L，乙炔的体积分数最高达到2.13μL/L，总烃的体积分数和产气速率较修前降低了，但仍未找到主要故障点。

(2)2008年4月，#2机组大修时吊罩查找故障点。大修前做了详细的检查试验方案，吊罩后除进行了常规测试外，还对绕组、铁芯、分接开关、磁屏蔽、高/低压引线、各CT等做了重点检查，查出3处故障:

1)发现无载分接开关静触头上有一处细小的凹坑和麻点(不太明显)。分析认为，可能在一个接触环面上偶尔产生的杂质造成接触不良，曾经因过热和放电分解出烃类气体。更换了原分接开关。

图1 #4潜油泵电机转子划痕

2)发现铁芯级间绝缘有一处短路点(铁芯表面第1级和第2级之间绝缘油道处)。分析认为，由于铁芯各级采用并联方式接地，如果铁芯级间绝缘发生短路，交链的交变磁通量就比较多，会产生较大的电势和环流，在短路点处就容易发生过热和放电。将该处铁芯极间的并联接地改为串联接地。

3)上铁轭外侧一级有部分矽钢片存在下坠现象，但下坠部分矽钢片表面没有发现过热、放电痕迹，现场使用专用工具进行了复位和紧固。

检查无其他异常后钟罩回装，补油静置后，做常规预试并联系内蒙古电力科学试验研究院做局部放电试验，试验结果均符合规程要求。投运前空载试验合格，空载损耗和空载电流与历史记录比较无明显差异;2008－05－27投运后，按规程要求做油中气体的色谱分析，无超注意值项且稳定;2008－08－22的定期试验结果再次发现总烃的体积分数(203.00 μL/L)和乙炔的体积分数(1.60μL/L)超过注意值，甲烷和乙烯所占比例大，通过三比值法的诊断仍为变压器内部高温过热。为此，华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司与设备生产厂家协商后决定，在现场检查未果的情况下，将变压器返厂进行彻底检修，在返厂检修前仍做好短周期的油中溶解气体的色谱追踪分析工作，以便及时发现和诊断变压器故障的发展趋势。2009年8月变压器返厂前，总烃的体积分数由170.00μL/L逐渐上升到634.00μL/L，甲烷和乙烯占的比例大且仍有上升趋势，乙炔的体积分数在0.90～2.90μL/L之间波动。

4 变压器返厂故障检查并处理

(1)吊罩检查未发现异常现象，安装恢复，做1.1倍负载试验和1.1倍长时空载试验并多次监测油色谱，负载试验时色谱无异常变化，空载时发现含有乙烯和乙炔，再次吊罩监测未发现异常;在空气中做30%的额定电流试验，未检测到局部过热。初步确定了与故障磁路有关，与电路无关。

(2)解体铁芯，拆卸过程中在铁芯柱中心纵向绝缘油道发现相邻位置的2片绝缘油道的边缘有过热灼伤且发黑的痕迹，如图2和图3所示。

由于相邻2点发黑位置实为同一故障点，因此，铁芯片完全解体后在纵向油道高压侧第8级铁芯片处有熏黑痕迹，如图4、图5所示。

(3)色谱异常分析。此故障点是由于有异物(或杂质)进入铁芯柱中心纵向油道而导致的。铁芯柱中心油道是由7片绝缘油道拼接而成的，每2片绝缘油道间存在一定缝隙，异物位于相邻2片绝缘油道的间隙处，由于异物质量较小，与铁芯之间为虚接触，在变压器运行过程中，因铁芯振动和变压器负荷突变等因素影响(如接触情况的微变、过励磁等)，造成2个铁芯框之间局部短路，形成多点接地(如图6所示)，在短路点形成环流，造成短路点周围的铁芯片端面过热，使变压器在运行中油色谱异常情况时隐时现。

图6 铁芯两框间短路示意图

(4)处理措施。对铁芯进行全面检查、清理，更换铁芯所有的绝缘件，更换因烧损清空的3级铁芯片以及检查过程中损伤的铁芯片。组装后做相关出厂试验，确保设备的合格。

5 结束语

从华电内蒙古能源有限公司包头发电分公司#2机组B相主变压器故障处理过程可以看出，变压器油色谱分析发挥了重要作用，它对发现变压器内部某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏且有效。因此，应开展色谱分析并不断地从实践中总结经验，尽早确定潜伏性故障，结合运行、检修情况和其他试验结果来综合判断故障的部位，以准确提供解决处理方案，保证变压器安全、稳定运行。

[1]操敦奎，许维宗，阮国方.变压器运行维护与故障分析处理[M].北京:中国电力出版社，2008.

[2]GB/T7252—2001，变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].