大型变电站主变故障的诊断

肖本锋

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

大型变电站主变故障的诊断

肖本锋

(江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

介绍了我厂220kV变电站主变的现状，以及主变油样化验结果;提出了如何用三比值法分析油样来知道主变潜伏故障;并浅析了如何解决现有的故障;从而实现主变的安全、可靠、稳定运行。

2#主变;故障;诊断;三比值法;可靠;稳定

1 前言

我厂大山220kV变电站是山上电力系统的主要变电站，主要为大山选矿厂、采矿场采环线、精尾厂回水供电，负荷性质重要，供电量大。为节约变压器容量费，封停了大山变电站1#主变，由2#主变(容量90000kVA)单台运行为生产供电。近年来，随着大山厂13万t扩容。大山变电站供电的稳定性显得尤其重要。必须保障2#主变的安全稳定运行。

2 我厂大型变电站主变现状

2007年12月19日，大山220kV娈电站2#主变轻瓦斯保护动作发信，全站失压，瓦斯继电器跳开212开关，光字牌出现有“2#主变轻瓦斯动作”“6kV馈出线接地信号”故障，经检修人员对瓦斯继电器放气后继续运行，21日轻瓦斯保护动作再次发信。同时变压器油温升高到120℃，严重影响变压器正常运行，变压器已多次被迫停止运行。小组成员把运行中变压器油样送检做色谱分析。

色谱分析［1］的分离原理是使混合物的各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，叫做固定相，另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫做流动相，当流动相中所含有的混合物经过固定相时，就会与固定相发生相互作用。由于各组分在性质与结构上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出。这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分析技术或色谱法。

大山变电站2#主变油(气)检测报告如下:

表1

2.1 变压器内部故障类型与油中气体含量的关系

对变压器内部故障作早期诊断的最佳方法是油中气体分析法(DGA)［2］。通过DGA结果确定故障性质。定量测定变压器故障的主要气体是:氢气，甲烷，乙烷，乙烯，乙炔，一氧化碳，二氧化碳。分析和解释DGA数据，用作分析的特征气体。在检测出各气体成分及含量后，用特征气体法或比值法等方法判断变压器的内部故障。我们知道对于大型电力变压器，目前几乎全部都是用绝缘油来进行绝缘和散热，变压器油与油中的固体有机绝缘材料，如绝缘纸等，在高电压下随运行时间的增加，会因放电和热的作用，逐渐老化和分解，并且产生各种低分子烃类及CO2、CO气体。而变压器的内部绝缘故障却伴随着局部过热和局部放电现象，使油或纸分解产生CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2、CO和CO2等气体。当故障不太严重时，产气量较少，所产生气体形成的气泡会不断地溶解在绝缘油中，当设备内部存在潜伏性过热或放电故障时，就会加快这些气体产生的速率。当产生速率大于溶解速率时，变压器内会有一部分气体进入气体继电器。发热和放电的程度不同，所产后和气体种类、油中溶解气体的多少及各种气体的比例关系也不相同，因此油中溶解气体的组分和含量在一定程度上能反映出变压器绝缘老化或故障的程度，通过对油中溶解气体进行气相色谱分析，便可发现变压器内部的发热和放电性故障。

根据我厂目前油样分析状况，笔者认为对变压器故障的性质作出判断可用三比值法［3］。三比值法是目前国内外最广泛使用的工具。三三比值法的原理是:根据充油电气设备内油在故障下裂解产生气体组分的含量的相对浓度与温度的互相依赖关系，从5种特征气体中选用两种溶解度和扩散系统数相近的气体组分组成三对比值，以不同的编码表示。组成三对比值来判断变压器故障性质，它列出对于不同的比值范围，三对比值以不同的编码表示，并将这些编码组合分析，是判断充油电气设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态较可靠的诊断。

见表下:列出以下对照表:

表2

同时列出2008年1至6月的油样检测报告如下:

表3

分析结果:根据主变本体油样分析结果看，总烃、乙炔、氢含量超标!三比值偏码:001，

2 变压器内部故障类型与油中气体含量的关系

电弧放电又称高能放电，当变压器内部发生电弧放电故障［4］时，油中溶解的故障特征气体主要是C2H2、H2，其次是C2H4和CH4在变压器内部发生电弧放电时，一般C2H2占总烃的20%～70%，H2占氢烃的30%～90%，绝大多数情况下C2H2高于CH4，在涉及固体绝缘时，瓦斯气体和油中气体的CO含量较高。当油中气体组分中C2H2含量占主要成分且超标时，很可能是变压器绕组断路或分接开关切换产生弧光放电所致。在变压器内的固体绝缘材料中发生高能量电弧放电时，不仅产生的CO和CO2较多，而且因电弧放电的能量密度高，在电场力作用下会产生高速电子流，固体绝缘材料遭受这些电子轰击后，将受到严重破坏，火花放电一般是低能量放电，即一种间隙性放电故障。当变压器内部发生火花放电时［5］，油中溶解的特征气体以C2H2和H2为主，因故障能量小，一般总烃含量不高，但油中溶解的C2H2在总烃中所点比例可达25%～90%，C2H4含量约占总烃的20%以下，H2占氢烃总量的30%以上。当CH4和H2的增长不能忽视时，如果接着又出现C2H2增高的情况，这时可能存在着由低能放电发展成高能放电的危险。

根据我厂2#主变的气相色谱分析试验报告，知道油中含烃类气体较高，而这些气体是由于变压器内部的热和电的作用，导致绝缘油的分解而产生的。对变压器油裂解产生的烃类气体，按CH4－C2H6－C2H4－C2H2的顺序推移，同时我们知道H2是由于变压器内局部放电的离子碰撞游离而产生的。所以得出结论，变压器内部有局部放电。

3 根据以上三比值判断结果，厂部派技术人员对主变进行解体检修

(1)首先放出主变本体内的变压器油，拆除2#主变油枕，打开主变本体中有载调压侧的侧盖板，技术员进入变压器本体中寻找故障点。

(2)拆下主变6kV侧套管，打开侧盖，进入本体，解开内部联络(在内部标注连接点，防止安装时混乱)在套管拆下处盖上密封盖板。在6kV桩头发现故障点，由于下桩头引线与连接片距离太近有局部摩擦，导致连接片内部发热，局部放电。从而分解绝缘油产生氢气与烃类气体，导致瓦斯动作。

发现了问题后，技术员用工具把连接片扭直一个角度，尽量与引线面距离拉大，减少接触面从而杜绝发热点。

(3)实施完后重新装回罩体，密封本体，重新注油，按变压器出厂试验项目标准对变压器进行再次试验，待静置48h后，放出内部气体，进行冲击试验［6］，通过后将变压器投入使用。使用后于2009年11月、12月再对油进行色谱分析。发现油样合格。

表4 2#主变油样检测报告

3 结论

(1)变压器的绝缘油中的气体是由于变压器内部的热和电的作用，导致绝缘油的分解而产生的气体。气体的种类与含量同变压器的状况有直接的联系，利用气相色谱分析变压器油的气体组分及其含量，能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态，能够提前知道变压器内部是否存在潜伏性故障，即在变压器运行中(不停电、不吊芯的情况下)，通过常规检测及色谱分析［1］就可以把变压器内有无故障、有什么样性质的故障诊断出来，这对于变压器的维护保养起到关键性的指导作用，从而更好地保证电力系统的安全运行。

(2)在进行色谱分析的过程中，由于色谱分析试验几乎都是微量分析，因此，在试验过程中要严格遵守试验要求，认真对待每一个环节，这样可以减少误差，提高色谱分析［1］的精度。

(3)把色谱分析应用到电力变压器故障诊断，是很有前景的一门科学，值得深入进行研究。

［1］鲍亮亮.变压器故障诊断方法的应用研究.电气时代，2008，05(10).

［2］吴广宁.高电压技术.北京;机械工业出版社，2007.

［3］操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查.中国电力出版社，2005－02.

［4］傅京孙等.人工智能及其应用［M］.北京:清华大学出版社，1988.5－10.

［5］何定.专家系统、人工神经网络及其结合在电力工程诊断领域的应用［D］.东南大学博士学位论文，1993，55－57.

［6］杨启平，薛五德等.专家系统在变压器故障诊断中的应用［J］.变压器，1996(6):35.

Fault Diagnosis of Large Transformer Substation

XIAO Ben－feng

(Dexing Copper mine of JCC，Denxing，Jiangxi，China 334224)

This paper briefly introduces current situation of 220kV transformer substation in our plant，and the test results of Oil sample.Propose how to use the ratio of three analyse methode of Oil sample to know the potential problems，and how to solve the existing fault;ensures safe reliable and stable running of transformer substation.

No.2 main transformer;fault;diagnosis;ratio of three;reliable;stable

TM64

B

1009－3842(2011)03－0061－03

2011－04－20

肖本锋(1973－)，江西萍乡人，本科，电气工程师，主要研究方向为变电站电气控制，E－mail:305655775@QQ.com