在线监测及停电诊断变压器铁芯多点接地故障

沈琳渏，盛 雪，孙 威，谢小慧，邓 维

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410005)

在线监测及停电诊断变压器铁芯多点接地故障

沈琳渏，盛 雪，孙 威，谢小慧，邓 维

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410005)

文章通过油中溶解气体在线监测装置跟踪检测变压器油中气体发展过程，并与实验室离线检测数据对比分析，同时结合停电综合诊断，及时发现了变压器铁芯多点接地故障。准确获取了设备健康状况，避免了故障的进一步扩大和事故的发生。

变压器；绝缘油；色谱分析；在线监测

作为电力系统的关键设备，电力变压器的可靠性和安全性直接影响整个电网的稳定运行。目前大部分变压器以油纸绝缘系统为主，绝缘油的性能和指标直接影响变压器的绝缘性能。绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物组成的混合物，油与油中的固体有机绝缘材料(纸和纸板等)在正常运行时因电、热、氧化等多种因素作用会逐渐变质，并缓慢生成氢气(H2)、一氧化碳(CO)等低分子气体。当变压器内部存在的过热或者放电故障时，油中产气速率会明显增加，且不同类型和不同严重程度的故障产生的气体种类和比重以及产气速率不同。因此，可以通过油中溶解气体的组分和含量以及产气速率来判断变压器故障类型及严重程度。对运行中的变压器定期进行油中溶解气体分析，能够及时发现变压器内部的绝缘缺陷及其它潜伏性故障〔1〕。

离线油中溶解气体分析试验周期长，现场取样、运输、室内分析等环节多，操作繁琐。安装油中溶解气体在线监测装置能实时监测变压器油中溶解气体组分及其变化趋势，实现远程监控，及时发现潜在故障。国网公司要求220 kV及以上油浸式变压器宜安装多组分油中溶解气体在线监测装置〔2〕。

1 变压器故障与油中气体组分的关系

1.1 油中溶解气体来源

变压器油中溶解气体主要有两大来源:油中溶解的空气和运行过程中绝缘材料分解产生的气体。变压器油并非完全脱气，空气以分子形态溶解在油中，主要成分是氧气(O2)和氮气(N2)。变压器的主要绝缘材料为绝缘纸和绝缘油，在正常运行时，受电场、温度、水分、氧气等因素长时间作用，会发生缓慢分解，例如绝缘油在140℃以下时就有蒸发气化和较缓慢的氧化〔3〕。此外，变压器内部固体绝缘材料运行中也会热解产生H2，CO，CO2和烃类等气体〔4〕。

变压器内部发生局部过热、局部放电和电弧放电等故障时，某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物自由基。这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)等〔5〕。分解出的气体在油中经过对流、扩散，不断溶解在油中，严重时甚至达到饱和状态产生气泡进入气体继电器中〔6〕。

1.2 油中溶解气体判别变压器故障方法

目前基于油中溶解气体分析的故障判别常用的是文献〔5〕GB/T 7252《变压器油中溶解气体分析和判断导则》所推荐的方法。主要有:

1)特征气体法，根据不同故障类型产生的气体不同可推断设备的故障类别；

2)三比值法，将五种气体含量的三对比值以不同的编码表示，根据计算所得编码来判断故障类型；

3)对CO和CO2的判断，当故障涉及到固体绝缘时，会引起CO和CO2的明显增长。经验表明，当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般CO2/ CO＞7；故障涉及到固体绝缘材料时，可能CO2/ CO＜3。必要时，应从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值。

2 油中溶解气体在线监测案例

2.1 案例经过及数据分析

2015年3月3日，某220 kV变电站2号主变油中溶解气体在线监测装置发现油中H2，CH4，C2H4，C2H2，C2H6等均有显著增长，且C2H2达22 μL/L。针对异常情况，采用在线监测辅以离线取样油色谱检测相结合的方式进行对比分析。其在线色谱数据见表1，离线取样油色谱数据见表2。

分析表2可知，3月4日检测结果中氢气和烃类气体均有大幅增长，乙炔和总烃含量均超过注意值，与在线监测数据基本一致。以3月4日和2月3日数据为依据，其相对产气速率为:式中 R为相对产气述率，(%/月)；Δt为时间段(月)。

表1 2号主变在线色谱数据μL/L

表2 2号主变主变离线色谱数据μL/L

如表3所示，其三比值编码为(1，2，2)，故障类型为电弧放电兼过热。可能的故障为:绕组匝间、层间短路、相间闪络、引线对箱体或其他接地体放电等。CO和CO2未发生明显变化，说明故障并未涉及固体绝缘材料。此外，在线监测数据在3日突变后趋于稳定，4，5日的离线数据也基本稳定，可以判断故障为瞬时性，目前故障已消失。辅以带电局放检测、红外热像等带电诊断性试验，结果无异常。4，5日的铁芯电流分别为51.3 mA和54.1 mA，未超注意值100 mA，但远大于正常220 kV变压器的铁芯接地电流值(一般220 kV变压器铁芯接地电流小于10 mA)。

表3 三比值数据表

2.2 停电试验综合诊断

为进一步确定变压器健康状况，开展停电诊断性试验。本体绝缘电阻、介损、套管试验、有载开关试验、直流电阻测量等常规试验结果均合格。频响法绕组变形测试判定为高、中、低压绕组正常，未发生明显变形现象。短路阻抗测试数据合格，主变绕组未受严重冲击，未发生变形。对比近几次绕组电容量测试结果，绕组电容量未发生明显变化。3月12日开展主变长时感应耐压及局部放电试验，试验结果无异常。

但是查阅该变压器的历史运维情况，该主变曾在2005年发生过铁芯多点接地故障。因此根据此次主变油中溶解气体分析及综合诊断性试验结果，判断该变压器氢气及烃类气体的突增原因可能为铁芯出现新的接地点，导致铁芯多点接地，铁芯电流的剧增产生严重过热，内部应不存在绝缘放电缺陷。色谱数据在突变之后逐渐稳定，是由于大电流将新增接地点烧断，铁芯恢复正常接地。除铁芯多点接地故障，未发现其它危急变压器运行的故障，故暂不吊罩处理，将油色谱在线监测频率由1天1次改为1天3次，每月进行1次带电检测，并降负荷运行。

2.3 结论及后续跟踪情况

2号主变油色谱在线监测装置及时发现了主变内部存在的缺陷，经过离线和在线油色谱综合判断，并结合铁芯接地电流等多项带电及停电综合诊断试验，判断该主变发生过暂时性铁芯多点接地缺陷，导致油中H2，C2H2，总烃含量超标，但不存在内部绝缘放电缺陷。综合考虑变压器的历史及目前运行状况，采取降负荷投运，并缩短该主变的在线监测及带电检测工作周期，加强对主变监视。

按新主变投运安排油色谱离线取样及带电检测工作，随后每月安排一次油色谱跟踪检测。同时，完善在线色谱装置报警功能，并每天进行系统查询，确保及时发现异常信号。每月进行铁芯接地电流、带电局放、红外热像等带电检测跟踪。重新投运后，该主变正常运行，各项带电检测数据正常，铁芯接地电流保持稳定。

3 总结

1)变压器油色谱在线监测装置检测周期短，能够及时、灵敏的发现变压器内部放电和过热等缺陷。在故障扩大前发出警报，可有效避免主变跳闸以及主变损坏等事故。

2)对于油色谱异常的变压器，应根据色谱变化状况并结合其他带电检测手段综合分析，判断异常原因后再进行处理。

3)对于停电诊断试验结果合格，而内部有缺陷的变压器，应综合分析变压器状况，能继续运行时应避免盲目吊罩检修。

4)主变带病投运后应注意每日观测在线监测数据，并缩短油色谱分析、带电局放、红外热像等带电检测试验周期，加强跟踪。

〔1〕阳昕，张艳桃，范李平.绝缘油中气体的监测和故障判断综述〔J〕电器开关，2009，47(6):1-3.

〔2〕国家电网公司运维检修部.国家电网公司十八项电网重大反事故措施(修订版)及编制说明〔M〕.北京:中国电力出版社，2012.

〔3〕范婷.变压器油中溶解气体分析的应用〔D〕.山东大学，2013.

〔4〕国家电网公司运维检修部.电网设备带电检测技术〔M〕.北京:中国电力出版社，2014.

〔5〕中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.变压器油中溶解气体分析和判断导则:GB/T 7252—2001〔S〕.北京:中国标准出版社，2002.

〔6〕李海峰，崔积华.用色谱法判断设备内部故障〔J〕东北电力技术，2004，25(6):40-42.

Multi-point grounding fault of a transformer core by on-line monitoring of dissolved gas and power failure diagnosis

SHEN Linqi，SHEN Xue，SUN Wei，XIE Xiaohui，DENG Wei
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company，Changsha410015，China)

The development process of the gas in the transformer oil is tracked by the insulating oil on-line monitoring device. Compared with the laboratory offline data，and combined with comprehensive diagnosis and timely outage，a transformer core multi-point earthing faults is found，and the equipment health status is acquired.Accurately，the occurrence of further expansion faults and accidents are avoided.

transformer；insulating oil；chromatographic analysis；on-line monitoring

TM855.1

B

1008-0198(2016)02-0083-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.02.022

2015-12-29 改回日期:2016-02-24