变压器故障的分析及处理建议

许 梅 潘世林

中国化学工程第七建设有限公司 四川成都 610100

变压器是电力系统中的主要设备之一。随着技术的进步，变压器制造质量的提高，变压器运行可靠性也越来越高。但是变压器运行中也会有故障发生，怎样更快地解决故障，保证其正常运行，关系到整个电力系统供电的可靠性和稳定性。

变压器是充油电气设备，其绝缘系统主要由绝缘油/ 纸构成。正常运行时，绝缘油/ 纸在电、热及机械应力的作用下会劣化，并产生一定量的氧化物。除此之外，还会产生一些低分子烃类气体以及H2、CO 和CO2等。当设备内部有过热或放电故障时，伴随故障产生的能量将使绝缘油、纸分解产生大量的气体。这些气体一部分会溶于绝缘油中。因此通过对油中溶解气体的色谱分析可以了解设备的内部绝缘状况。

利用油中气体的色谱分析判断设备内部状况的方法，可以及早地发现设备内部潜伏性故障，预防因故障进一步发展而造成的设备损坏，这种方法已经在电力系统中得到广泛的重视和应用。20 世纪70年代，IEC 就颁布了油中溶解气体分析和判断保准，1987年我国也颁布了相应的标准。

1 变压器色谱分析原理

利用变压器油中溶解气体的色谱分析进行设备内部故障判断的原理是基于绝缘材料的产气特点。变压器的绝缘材料主要分为绝缘油和绝缘纸/ 纸板。绝缘油，其主要成分是碳氢化合物，在热、机械应力、氧、水分及铜、铁等金属的作用下，这些碳氢化合物将会发生化学变化，使C- H、C- C 键断裂，形成不稳定的H、CH3等游离基。这些游离基通过复杂的化学反应最终生成氧化物，如酸、脂、油泥、水、醋酸等。除此之外，还会生成一些气体，如低分子烃类气体、H2及少量的CO、CO2等。

在绝缘油中，最弱的分子键是C－H 键，在较低的温度下即可能发生断裂。因此在较低温度下可形成H2、CH4、C2H6，在500℃以上可形成C2H4，而只有在800～1200℃才会形成C2H2组分。绝缘纸/ 纸板，主要是由纤维素组成。当受到电、热、机械应力及氧、水分等作用下，产生CO、CO2、少量的烃类气体和水、醛类（糠醛等）。对于纤维素中的C－O 键，其热稳定性比绝缘油中最弱的C－H 键还差，因此绝缘纸/ 纸板的分解温度比油还低，大于105℃时聚合链就会快速断裂，高于300℃就会完全分解和碳化。在相同的温度下，绝缘纸/ 纸板劣化产生的CO、CO2远比油劣化所产生的量大。因此，油中CO、CO2气体主要是反映绝缘纸/ 纸板劣化的指标。

2 色谱分析实例

2.1 实例一

2002 年9月，某热电厂3 号发电机—1 号变压器组110kV母线联接油开关保护动作跳闸，纵联差动保护和气体继电器均发出保护信号。故障发生后，检修人员立即对变压器本体、气体继电器进行油色谱分析试验，检测结果如表1 所示。

表1 实例一的色谱检测值 μ1/ L

表2 实例2 的色谱检测值μ1/ L

从检测结果可以看出，油中溶解气体的主要成分为C2H4、CH4、C2H2、CO、CO2；次 要 成 分 为H2、C2H6；总 烃 含 量 为1986.4μl/ L，C2H2为24.3μl/ L，大大超过油中溶解总烃含量的注意值150μl/ L 和C2H2含量的注意值5μl/ L。按“三比值”可得：C2H2/ C2H4=0,CH4/ H2=2,C2H4/ C2H6=2,编码组合为0，2，2，根据规程判断故障为变压器内部有高于700℃高温的热故障，而且为固体绝缘（油和纸）过热故障。

2.2 实例二

2003 年7月，某变电所的一台SFSZ9－150000/ 220 型变压器，在运行中出现差动保护、本体重瓦斯、本体轻瓦斯、压力释放保护动作、主变跳闸。在现场检查时发现变压器本体气体继电器内聚集气体，两个压力释放阀均动作喷油。气体继电器内的气体、变压器本体油样色谱分析如表2 所示：

从表2 的色谱数据可以看出，变压器的气体继电器内气体、本体油中特征气体含量基本一致。H2、C2H2为故障气体的主要组分，初步判断为油中电弧或火花放电。根据“三比值”可得：C2H2/ C2H4,CH4/ H2,C2H4/ C2H6的编码组合为1，0，2，判断为电弧放电。

应用变压器油和气体的色谱分析来检验变压器油中溶解气体的组分和含量是能够尽快判断变压器故障的一种较有效的方法。不同的故障，由于故障点能量不同，温度不同以及涉及的绝缘材料不同，其产生的气体也不同，即不同的故障具有不同的特征气体，具体如下所示：

（1）过热故障：产生的主要特征气体是CH4、C2H4。随着故障点温度的增高，C2H4含量将大大增加，当温度高于800℃时还会出现少量的C2H2。

（2）放电故障：产生的主要特征气体是H2、C2H6。当故障点能量较大（如电弧放电）时还会产生大量的C2H4。

（3）当故障涉及绝缘纸/ 纸板时，还会产生大量的CO、CO2。