电厂变压器油色谱异常的分析与处理

张江，李丹

（神华（福州）罗源湾港电有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，人们的生活水平日益提升，这也在人们的日常用电上得到体现，人们对电力需求不断增加，这也对发电厂的供电能力提出了考验[1]。因此，电厂要不断优化自身技术，提升管理水平，确保人们的日常用电需求。在发电厂的日常运行管理过程中，不可避免的会因为一些设备故障导致电厂运行出现问题，进而对正常供电造成影响。变压器是电厂运行中极为重要的设备，加到变压器的维护管理是电厂工作的关键所在。然而在电厂的日常工作中，变压器设备不可避免的出现各类故障，变压器的油色谱出现异常是其出现问题的主要表现之一[2]。因而，电厂变压器油色谱一旦出现异常情况，工作人员应及时进行问题分析并加以处理，从而在最短时间内回复变压器的正常运行，确保电厂供电工作的稳定可靠进行。

1 应用油色谱分析故障的原理

众所周知，变压器的绝缘材料主要由变压器油和浸入油中的有机绝缘材料组成。变压器油是石油的分馏产物，主要由烷烃(CnH2n+2)、环烷族饱和烃(CnH2n)和芳香族不饱和烃(CnH2n-2)等化合物组成[3]。有机绝缘材料主要由纤维素(C6H10O5)n组成。在热和电的作用下，变压器油和浸入其中的绝缘材料将逐渐老化和分解。烷烃的热稳定性最差，在高温下极易被裂化，在裂化过程中，大分子烷烃化学键断裂后会分裂为小分子的烷烃(CnH2n+2)，烯烃(CnH2n)以及H2，CO和CO2气体。气体类型和施加的能量之间的关系如表1所示。

表1 气体种类与外施能量的关系Table 1 Relationship between gas species and applied energy

当变压器出现过热故障时，如果只有热源变压器油分解，产生的特征气体主要是CH4，C2H4，两者的总和通常占总碳氢化合物的80%以上[4]。当热点温度超过500℃时，C2H4，H2急剧增加，比例增大;当热点温度超过800 ℃时，产生少量的C2H2，其最大含量小于或等于C2H4含量的10%。在热平衡下产生的气体的分压-温度关系如图1所示。

尽管根据热力学平衡理论，Halstead在理想极限的平衡状态下建立了上述气体分压-温度关系模型，但这种平衡状态在实际故障中不存在。然而，它提出了变压器故障和热力学模拟之间的一些相关性，并且对于使用油色谱分析来估计变压器内部故障的温度是有价值的。

图1 热平衡下的气体分压一温度关系Fig. 1 Gas partial pressure-temperature relation under thermal equilibrium

也就是说，在测量变压器油中的各种气体含量后，根据气体总量和每种特征气体的比例，可以确定变压器的故障类型以及变压器可能出现的故障。这是应用变压器油色谱诊断变压器故障的基本原理[5]。

2 变压器发生异常的情况

变压器的运行情况是否正常直接关系着电厂的运行稳定性，为保障电厂的正常运行，工作人员必须按照相关规则和流程对变压器进行定期的检修与维护工作。通过对变压器的维护，可以发现变压器存在隐患问题，并对问题进行分析和处理，同时也可以为变压器的运行情况提供参考，方便下一次的维护工作[6]。通过日常检修可以对变压器的运行情况做出大致的判断，很多时候，人为或者机械设备故障是引起变压器油色谱异常的主要因素。检修人员对变压器进行检查时，能够及时发现循环电流故障，该故障是由磁回路故障造成的，这时就需要展开区域停电检修，从而查找出变压器油色谱异常的具体原因以及故障发生的位置。电厂变压器的检修与维护工作技术要求高，工作难度大，检修人员通常要在现场进行变压器的检修和故障处理，油色谱分析对于找出变压器故障具有十分重要的意义[7]。此外，在进行电厂变压器油色谱分析时，检修人员要尽可能在变压器空载状况下进行油色谱分析，这样才能更加快速有效的发现故障的原因以及发生位置。

3 电厂变压器油色谱异常的处理方法

随着人工智能技术的不断成熟，其应用也越来越广泛，当前我国已开始将人工智能技术应用于变压器油色谱分析，利用智能化软件对变压器的油色谱异常情况进行分析，工作人员就能借助智能软件分析的数据，更加便捷和准确的找出故障所在，提升了变压器故障处理效率和质量，保障了电厂的正常稳定运行[8]。

实践经验证明，变压器油色谱出现异常并且一些微量的金属元素含量不同时，通常会引发变压器内部铁芯短路，如果出现这种情况，就会严重影响变压器的正常运行，进而对整个电厂的运行造成不利影响。如果出现上述情况，工作人员应与生产厂家联系，由厂家运回厂进行吊芯处理[9-10]。

在电厂变压器出现油色谱异常时，对潜油泵展开全面细致的检查至关重要。潜油泵故障是造成变压器油色谱异常的重要因素，因此，如果变压器出现油色谱异常，要及时对潜油泵进行观察，从而能够及时对变压器故障进行排查和确定[11]。当潜油泵发生了局部升温或者长期处在高温状态下时，与潜油泵接触的油就会发生较大的变化，很大程度上加大了发生油裂的概率，从而影响变压器的正常运行。潜油泵的检查可以利用超声波检测法，超声波检测法不会对潜油泵造成损伤，同时能够分析处潜油泵故障发生的原因以及具体位置，采用超声波检测法进行油泵检查能够很大程度提升变压器的运行安全稳定性。变压器潜油泵的定子故障大多数情况下是由变压器自身携带的一些金属渣粒所造成的[12-13]。在变压器的维护检修工作中，如果发现是因潜油泵导致变压器故障时，工作人员应采用调换的方法对其进行观察与监测，如果调换以后的方案能够保证潜油泵正常工作，就说明该方案能够保证变压器的正常运行，假如调换后不能正常工作，那么就要接着对变压器潜油泵进行更加详细的分析以及处理[14-15]。

4 实例分析

2016年9月，国内某火力发电厂在1号主变压器预防性试验中发现了变压器油色谱分析的异常情况。2015年8月的色谱分析比较数据如表2所示。

表2 色谱分析结果（μL/L）Table 2 Chromatographic analysis results (μL/L)

从表中给出的数据可以看出，变压器油中H2，CH4，C2H4和总烃的含量明显增加。这表明失故障正在恶化。当H2和C2H2的含量增加时，表明变压器具有高温过热或放电型故障。该故障气体主要含有两种主要气体CH4和C2H4，表明发生过热或接触不良。CO和CO2含量的增加表明该故障涉及固体绝缘材料的热分解。通过分析判断，发现该故障是高温过热故障，主要是接头未焊接，夹具螺钉松动，开关接触不良，短路等。

根据这一判断，维护人员有针对性地检查和修复了这类问题，发现故障的原因是电站不合格。也就是说，变压器的低压侧区域中的套筒型导电杆和引线上的镀铜连接螺栓松动。因此，可以通过更换导电杆和螺栓来消除故障排除。检查完成后，使用直流电阻测试来确认故障已经消除。

5 结论

变压器的正常运行是确保电厂正常运行的重要设备之一。因此，与电厂相关的工作人员的一项重要任务是对变压器进行日常检查和维护。如果变压器发生故障，则不易修理，在电厂变压器的日常运行过程中，工作人员需要对变压器的油色谱变化进行积极观察和分析，从而方便对变压器的运行情况是否良好做出及时的判断。通过这样做，可以极大地方便变压器的维护，从而有效的降低了变压器的运行维护难度，避免了因变压器故障发现不及时而造成的经济损失，有利于确保变压器的安全稳定运行。