一起变压器绝缘油总烃量超标的分析与处理

岳永新，徐志勇，张 宇

（1.国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032；2.国网太原供电公司，山西 太原 030012；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

一起变压器绝缘油总烃量超标的分析与处理

岳永新1，徐志勇2，张 宇3

（1.国网山西省电力公司检修公司，山西 太原 030032；2.国网太原供电公司，山西 太原 030012；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

指出变压器的安全运行是电网安全运行的基础，色谱分析是监测变压器运行状态的重要手段，以一起返厂大修后投运1 a的变压器总烃含量超标为例，进行监测、检查、试验分析和处理，总结出变压器总烃量超标时的现象，为运行人员迅速判断变压器故障性质及采取措施提供依据，从而避免事故范围扩大，保障电力系统安全稳定运行。

变压器绝缘油；色谱；总烃

0 引言

变压器是电力系统中最重要的设备之一，在电力系统中广泛应用。目前，我国电力系统应用的大型变压器大部分为油浸式变压器，而变压器内的绝缘油和有机绝缘材料随着运行时间的增加，在热和电的长期作用下会逐渐老化和分解，并产生极少量的气体，这些油中溶解气体主要包括氢气、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳等。当油中的某一种气体含量超过注意值并持续升高时，变压器可能存在着某种潜伏性故障。故障气体的含量、组分和产气速率等都是诊断变压器故障类型和发展速度的重要依据。所以，通过变压器油在线监测装置以及油色谱分析试验等技术手段，可以分析出油中气体的组分，从而可以提前发现变压器内部故障，预防电网事故的发生。

1 变压器油中溶解气体与变压器内部故障

变压器油中溶解气体的成分及其含量多少与变压器是否存在内部故障有着密切关系。

1.1 油中溶解气体的成分分析

变压器的绝缘油和绝缘材料热分解所产生的可燃和非可燃性气体可达20余种。因此，对某些气体进行必要的分析，可以发现变压器内部潜在的故障。目前，我国主要按DL/722—2000要求一般分析9种或8种气体[1]，最少必须分析7种气体。变压器中的故障特征气体种类为氧气、氮气、氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳。以这9种气体作为分析对象的原因为氧气——主要了解脱气程度和密封好坏；氮气——主要了解氮气饱和程度；氢气——主要了解热源温度或有没有局部放电；二氧化碳——主要了解固体绝缘老化或平均温度是否高；一氧化碳——主要了解固体绝缘有无热分解；甲烷、乙烷、乙烯——3种气体主要了解热源温度；乙炔——主要了解有无放电或高温热源。

1.2 变压器内部故障与油中溶解气体的关系

变压器内部常见故障分为低温过热、中温过热、高温过热、局部过热、电弧放电、电弧放电兼过热等[2]。低温过热、中温过热、高温过热的故障多为分接开关接触不良、夹件螺丝松动、接头焊接不良、涡流引起铜过热、铁芯漏磁、局部短路、层间绝缘不良、铁芯多点接地、变压器磁屏蔽不良、磁路故障导致漏磁引起油箱或夹件等局部过热等。电弧放电、电弧放电兼过热的故障多为线圈匝间、层间短路、分接头引线间油隙闪络、引线对箱壳放电、线圈熔断、分解开关飞弧、因环路电流引起对其他接地体放电等。所有故障全部反应在变压器油中溶解气体的变化。因为油中溶解的气体可反映故障点引起的周围油、纸绝缘的电、热分解的本质变化。气体特征随故障类型、故障能量及其涉及的绝缘材料的不同而不同，故障点产生烃类气体的不饱和度与故障源的能量密度之间又有着密切的联系。所以，正确分析变压器油中的溶解气体对分析判断变压器内部故障类型有着至关重要的作用。

2 变压器油色谱分析试验和油在线监测的重要性

2010年以前，各供电单位对运行设备一直按照计划的时间和周期进行检测和维护，这样就存在检修过度和检修不足的弊端，所以近3 a以来利用变压器油在线监测系统进行自动巡检开始增多。油色谱分析与油在线监测系统相结合，可以弥补油色谱分析各周期之间发生故障却没有抽检，或在线监测装置失灵的弊端，确保及时发现变压器内部缺陷。

2.1 变压器油色谱分析的重要性

变压器油色谱分析是将变压器油取回实验室中用色谱仪进行分析，不仅不受现场复杂电磁场的干扰，而且可以及时发现变压器绝缘油的缺陷。变压器在发生内部故障之前，绝缘油的劣化及潜伏性故障在运行电压下将产生光、电、声、热、化学变化等一系列效应及信息。对于500 kV大型变压器，目前几乎是用油来绝缘和散热，所以，通过对运行中的变压器定期分析其溶解于油中的气体组分、含量及产气速率，能够及早发现变压器内部存在的潜伏性故障。其缺点是受工作条件限制，不能确保每日连续不间断抽检。

2.2 变压器油在线监测的重要性

电力系统在线监测装置通过状态监测单元实现变压器油色谱、组合电器局部放电、避雷器全电流等主要设备、重要参数的在线监测，为电网设备管理提供基础数据支撑。它利用不同形式的传感器实时采集各种信息进行综合分析后，给出相应的数据，管理人员根据数据预测设备寿命或发现潜伏故障，及时消除不利因素，保障电力设备顺利运行，所以，在线监测系统与传统检修方式相比具有可预知性。变电站现场运行中，在线监测装置存在质量问题引起数据不准或装置失灵的情况。

3 变压器绝缘油异常过程

某500 kV变电站于2006年1月28日投产，在投运后的第5 a在线监测及色谱分析发现2号主变压器A相总烃含量超标并不断升高，于2011年1月末返厂大修。2011年12月2号主变压器A相经过近1 a的返厂大修后投入运行。该变压器于大修改造后的1 a内，专业人员多次对变压器绝缘油取油样进行色谱分析均未发现异常，并重点对在线监测装置中总烃含量的各项显示数据进行跟踪记录也未发现异常。2012年11月29日，该站500 kV某线路配合高速路迁改进行停电检修，主变压器所带负荷保持在高位运行，2012年12月17日晚主变压器负荷创历史新高达到820MW，超出变压器的额定容量，已属过载运行。在此期间运行人员发现2号主变压器A相在线监测装置总烃量数值不断攀升。通过图1曲线可以看出，利用变压器油在线监测数值进行横向比较也能够发现变压器存在潜伏性故障。

图1 2号主变压器A相在线监测总烃量曲线图

4 变压器油检测分析

2012年12月20日，检修人员对该站2号主变压器A相现场抽取油样进行色谱分析，发现总烃含量严重超标。此后，检修人员对该变压器绝缘油进行了连日取样和跟踪分析，数值如表1所示。

根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定，变压器油中溶解气体总烃含量注意值为150μL/L，因此专业人员对主变压器的跟踪数据与注意值进行比对，其曲线如图2所示。

表1 2号主变压器A相气体值

图2 2号主变压器总烃量数值与注意值比对图

从图2中可以明显看出，主变压器总烃量数值比注意值高出很多，且一直呈上升趋势，在图表的末端总烃含量（635μL/L） 值是注意值的4.33倍。为了更准确地进行气体分析，在申请停电过程中公司组织专业人员根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》对变压器油色谱异常情况做了进一步的分析和判断，以便为停电检修提供准确的依据。表2为变压器油中溶解气体分析和判断导则[3]。

表2 变压器油中溶解气体分析和判断导则

对照表2以及变压器绝缘油总烃量升高曲线，专家判断变压器出现了内部热故障。引起热故障的原因有很多，第一是变压器发生了热故障，如线圈匝间、股间绝缘或某些部位的绝缘热老化使其分解出杂质溶解在油里，这种情况在变压器吊罩后比较容易发现，故障也往往比较严重；第二是变压器局部过热，由于分接开关的接触部分或接头焊接部分发热，或裸露的铜排发热，引起变压器绝缘油分解，这种情况在变压器吊罩后不容易看出故障点；第三是某些部位有局部放电。以上3种情况均会表现为总烃数值的持续升高。

5 变压器吊罩检查处理

2013年1月6日，检修人员通过前期对主变压器总烃量超标、油色谱异常进行周密的监测和分析，决定对2号主变压器采取吊罩检查处理。通过对吊罩后的变压器进行放油，并打开主变压器观察孔，检查载流导线、引线接头、线圈、铁芯、螺栓等部件，没有发现有烧痕、短路、断线、接触不良等现象。因此，专家推断原因为变压器磁屏蔽不良、磁路故障导致漏磁引起油箱、夹件等局部过热，使得变压器总烃含量超标且持续升高。检查结果与吊罩前的判断结果一致。

变压器运行时，绕组通过电流后将产生磁场，由于绕组中的变压器铁芯是良磁导体，所以大部分磁通都在铁芯中；但是也有一些磁通通过空气隙或变压器油传导到变压器外壳上，在外壳中感应涡流从而发热，不仅增加了变压器发热量，也增加了变压器损耗。变压器油箱壁上挂磁屏蔽可以阻断从绕组至外壳的磁通道，大大减少外壳的涡流损耗。

通过分析此次2号主变压器A相总烃数值异常，原因归根结底为生产厂家的制造工艺不良。检修人员在及时更换了A相主变压器的磁屏蔽后，对介质损耗、直流电阻、局部放电等进行了相应试验，相关试验结果均符合要求，2号主变压器A相更换磁屏蔽部件投入运行后至今运行良好。

6 结论

在线监测、油色谱分析是用来检测变压器内部是否存在潜伏性故障，了解故障发生的原因、类型和严重程度最有效的手段，但造成油中溶解气体增长的原因多种多样，如有时油中故障特征气体的产生与运行和检修有关。因此，对变压器绝缘油气体组分含量进行在线监测的同时，还应定期对变压器绝缘油进行人工抽检，通过对结果进行比对来综合判断变压器的运行状况，同时，还应结合电气和运行检修史，以及外部检查等进行综合判断。这样，综合各方面的因素不仅有助于明确故障类型，而且也有利于对故障部位做出正确估计。

［1］ 贾瑞君，范玉华.DL/T722—2000 变压器油中溶解气体分析和判断导则［S］.北京：中国电力出版社，2000：7-12.

［2］ 操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查［M］.北京:中国电力出版社，2005：21.

Analysis and Treatment on Total Hydrocarbon Exceeding of Transformer Insulating Oil

YUE Yong-xin1，XU Zhi-yong2，ZHANG Yu3
（1.State Grid Maintenance Company of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030032，China；2.State Grid Taiyuan Power Supply Company，Taiyuan，Shanxi 030012，China；3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

The safe operation of transformer is the basis for the safety of power grid，while chromatographic analysis is an important tool formonitoring the statusof transformeroperation.A transformerwhichwas put into operation a yearafteroverhauldeveloped with total hydrocarbons exceeding.Taking the transformer as an example，the signs when the total hydrocarbons exceeds the standard were summarized throughmonitoring，inspection，testanalysis and treatment，which provides references for the staff to quickly judge the fault natureand to takemeasures correspondingly so as toavoid accidentand ensure the stableoperation ofpowersystem.

transformer insulatingoil；chromatography；totalhydrocarbons

TM406

B

1671-0320（2014）03-0042-04

2014-01-06，

2014-02-11

岳永新（1964-），女，山西太原人，2004年毕业于太原理工大学电力系统自动化专业，工程师，高级技师，从事变电站运行管理工作；

徐志勇（1965-），男，山西太原人，2013年毕业于武汉大学电气工程及其自动化专业，助理工程师，技师，从事电力生产安全管理工作；

张 宇（1982-），男，山西河曲人，2011年毕业于太原理工大学控制工程专业，工程师，从事计算机控制及信息安全工作。