电厂变压器油色谱异常的分析及处理

张 雷

（华电邹县发电有限公司，山东 邹城 273500）

0 引 言

在我国经济飞速发展的今天，人们的生活待遇逐步得到了完善，各种生活需求也随之增加，其中电力需求的增加是当今社会面临的首要难题，发电厂也承载着巨大的供电压力。为了尽快解决这个难题，发电厂需要尽快完善科学技术，优化发电技能，提高管理能力，满足人们的用电需求。发电厂在正常作业过程中，仪器故障是常有之事，但高频率的故障事件会对正常供电产生不利影响。变压器是发电厂作业过程中极其重要的仪器之一，因此对变压器加强维护和管理是保障正常供电的前提。变压器一般发生故障时，主要的病变位置是变压器的油色谱。所以，在电厂变压器油色谱发生错误时，操作人员需要尽快查找出问题，并进行解决，最大可能地保证变压器的及时运行，不影响发电厂的正常供电。

1 应用油色谱分析故障的原理

变压器中最重要的绝缘材料主要包括变压器油及油中存在的有机绝缘材料。其中变压器油属于石油的一种馏化产物，包含一些饱和烷烃及芳香族不饱和烃等。而有机绝缘材料的组成成分主要是纤维素。变压器油和有机绝缘材料的稳定性差，在热和电的作用下会发生分解。其中烷烃的熔点最低，高温刺激下最容易被分解，在分解时，大分子烷烃分解成小分子的烷烃。具体气体种类和施加能量之间的关系如表1所示。

表1 气体种类和外施能量关系表

在变压器发生高温故障的过程中，热源变压器油被分解产生大量的CH4和C2H4气体，这两种气体的总量高于总碳氢化合物的80%。在温度高于500 ℃时，C2H4和H2气体的含量会持续增加；在温度高于800 ℃时，开始产生C2H2气体，含量在C2H4含量的10%以内。热平衡下产生的气体分压与温度之间的关系如图1所示。

Halstead虽然依据热力学平衡理论内容构建了这些气体分压与温度之间关系的模型，但所述的这种平衡状态并不适用于实际故障的处理。不过，内容中提到的变压器故障和热力学模拟之间存在的相关性分析对油色谱预测变压器故障的实际温度还是有利用价值的。

图1 热平衡下的气体分压与温度关系情况图

在完成变压器油产生的多种气体的含量测定后，通过计算各种气体总量与每种特征气体的有效比例，就能够估算出变压器出现故障的原因以及变压器未来可能出现的故障类型。这就是利用变压器油色谱判断变压器故障类型的机理[1]。

2 变压器发生异常的情况

变压器是否正常运行与发电厂能否稳定供电息息相关。因此，为了确保发电厂能够安全稳定的为人们供电，发电厂的操作人员应该严格按照操作流程和方法，按期排查变压器的故障部位。只有频繁的核查，才能避免变压器故障带来的安全问题。在对安全问题分析和处理后，留案保存，便于下次变压器的运行排查和维护。平时的检修工作可以实现对变压器运行情况的大致分析，并且人为因素和仪器故障是导致变压器油色谱出现错误的主要原因。维修人员在检查变压器时，及时查找出导致循环电流发生故障的因素。若发现故障因素是由磁回路故障引起的，就需要停电进行大范围检修，尽快排查变压器油色谱错误的原因和故障部位。发电厂变压器的检查和维修工作要求严格，工作量大，工作人员需要当场检查出故障问题并进行维修处理，在检查过程中，油色谱分析技术在帮助排查变压器故障时具有重要意义。此外，在对电厂变压器油色谱进行分析时发现，工作人员在变压器真空载气时进行油色谱信息采集的速度要快，能实现高效率地找出故障原因和部位[1]。

3 电厂变压器油色谱异常的处理方法

目前，人工钾能技术日趋成熟，实际应用范围也日渐广泛。我国在进行变压器油色谱分析时已经将人工钾能技术渗透其中，主要是通过钾能化软件实现对变压器油色谱错误情况的具体分析。操作人员利用钾能软件分析得到的实验数据，精准地发现故障部位，提高了变压器故障解决的工作效率，实现了发电厂的正常供电。

实际应用发现，变压器油色谱发生错误且部分微量金属元素含量不一致时，一般会导致变压器内部铁芯通电失败，阻碍变压器的稳定运行，从而影响到电厂的电路运行。这时，工作人员就应该及时和仪器厂家联系，由厂家派工程师过来维修或者回厂重修。

在电厂变压器的油色谱信息出现错误时，对潜油泵进行核查是首先要进行的工作。潜油泵出现故障也会导致变压器油色谱出现错误，所以在变压器出现油色谱错误后，要尽快排查潜油泵是否是引起油色谱错误的主要因素。在潜油泵的温度逐渐增加或者长时间高温刺激时，潜油泵周围油的性质就开始变化，时间久后就会出现油裂现象，明显降低变压器的工作效率。在对潜油泵的运行情况进行排查时，最常用的是超声波检测法。超声波检测法对潜油泵有一定的保护作用，可以准确找到潜油泵故障形成的因素和详细部位。这种检测法应用在油泵检查中可以显著提高变压器稳定运行的效率。变压器中潜油泵发生故障的因素往往在于变压器内部遗留的金属渣粒摩擦。对变压器进行检查维修时，若是排查出潜油泵问题，维修人员可以替换新的，然后进行监测。若是更换后潜油泵开始正常运行，并且持续稳定，则表示更换方案可行。若是更换后潜油泵依然无法正常工作，就说明故障问题不在此处，还要仔细核查潜油泵的其他部位[2]。

4 实例分析

2017年8 月，国内某火力发电厂在预测前期1号主变压器试验时觉察出了变压器油色谱分析的非正常情况，具体的色谱分析比较数据详细记录在数据库中。

经观察数据可知，变压器油中气体如H2、CH4、C2H4，以及总烃的总含量有大幅度增加。这说明目前变压器故障导致的不利影响也在持续扩大。具体分析如下，H2和C2H2气体含量的增加表示变压器出现了温度过高或者放电型故障。CH4和C2H4气体含量的增加表示出现了温度过高或者接触不良现象。CO和CO2气体储存量的上升表示固体绝缘材料的基本功能缺失。分析排除各种因素后可知，这种故障原因应该是温度过高导致的，需要检查接头是否焊接完整、夹具螺钉是否生锈或松动、开关是否接触不良或者短路等。

依据排查结果，操作人员给出试验数据后确定故障原因是电站暂无法满足生产要求。即原因在于变压器的低压范围内的导电杆和电线上的镀铜之间连接的螺栓出现了松动。更换新的螺栓便可以解决导电杆和螺栓的故障问题。在更换结束后，在电路中通入直流电阻来检测故障是否完全消失。

5 结 论

变压器的正常工作是发电厂安全生产的首要前提。所以，在对工作人员进行培训时，变压器进行定期检查和维护是一项重要的培训内容。变压器一旦在工作中发生故障，就增加了维修难度。因此，在工作开展前期，工作人员需要认真检查变压器的油色谱变化，对变压器的运行状况做出详细的分析和判断，确定无误后才能开展工作。这种工作方式虽然较为繁琐，但能够最大程度地降低变压器的维修成本以及经济损失，也减少了工作过程中的维修时间，保障了变压器稳定运行的效率和安全。