技术收藏 | 一台500kV变压器油色谱分析数据异常的

1引言

利用色谱分析干式变压器油中溶解气体，可以诊断设备内部的潜伏性故障。故障诊断包括有无故障和故障类型两个方面。通常以特征气体含量法或产气速率法来判断是否存在故障,即将油中溶解气体组分含量的测定值或某些气体的产气速率与有关标准中相应的注意值进行比较,然后作出判断。若认为可能存在故障，则再根据故障下产气的特征来判断故障类型，常用方法有特征气体法和改良三比值法。

本文中介绍了一台500kV干式变压器投产试运行期间，根据油中溶解气体的色谱分析结果，判断出干式变压器内部存在过热故障，然后通过返厂检查找到故障的过程。

2干式变压器投运情况

金华电业局500kV芝堰变工程于2009年7月 7日建成投产，其中3号主变（产品型号ODFS-334000/500）于2009年7月9日11时33分开始做冲击试验，先由220kV冲击2次，然后500kV冲击 4次，冲击试验完成后即进行带负载试验，时间为7 月11日21时11分，至22时43分带负载试验结束，该主变正式转入试运行。

7月11日上午，投产后先次取油样进行色谱分析，发现B相氢含量异常（119uL/L）。在向取样人员了解取样情况后并进行分析，认为氢含量异常可能是由取样前未将取样阀内死油放掉造成。这种情况以前曾多次发生，原因是由于一些取样阀的阀体中含有某些脱氢反应的催化剂，在其作用下阀内的油发生了脱氢反应，使得阀内油中出现高含量氢，如果取样前未将阀内死油完全放干净，所取油样中的氢含量就会变高。

7月12日上午，正式投产11个小时后再次取样（要求先放掉大量取样阀内的死油），结果发现B 相烃类气体的分析数据异常，而氢含量比前次大幅下降。A相和C相则正常。当晚8时20分进行第二次取样，试验结果显示B相一些烃类气体含量增长明显。以后几天又进行了几次跟踪试验，试验结果见表1。鉴于在试运行期间B相油色谱分析结果出现异常，经研究决定，7月15日10时36分该主变退出运行。

3故障分析

有关标准规定，500kV干式变压器油中溶解气体含量的注意值如下:H2=150uL/L,C2H2=1uL/L，总烃= 150uL/L。

该干式变压器运行时间很短，油中H2、C2H2和总烃这三项指标均未达到注意值，因此特征气体含量法在这一案例中不是很适用。而产气速率考查的是某一时间段内气体含量的增长速度，基本上与设备运行时间的长短无关。因此在本文案例中，用产气速率法判断故障要比特征气体含量法更合适。产气速率分为绝对产气速率和相对产气速率，计算公式如下：

上述公式中，γa为绝对产气速率，单位为mL/d；γr为相对产气速率，单位为％/月；Ci1、Ci2分别为前后两次取样测得油中某气体含量，单位为uL /L；?t为两次取样时间间隔中的实际运行时间，在式(1)中单位为天(d)，式(2)中单位为月；m为设备总油量，单位t；p为油的密度，单位t/m3。

用产气速率判断故障时，对特征气体起始含量很低的新设备，不宜采用相对产气速率的方法。从式 (2)中可看出，如果分母Ci1过小，即使分子中Ci2与 Ci1的差值不大时也会使相对产气速率变得很大，而且分母Ci1的试验误差还会加大对相对产气速率计算值的影响。由此可见，对于本文案例宜采用绝对产气速率方法。

标准中对干式变压器绝对产气速率的注意值规定如下:H2=10mL/d，C2H2=0.2mL/d，总烃=12mL/d。

从表1中可知，H2含量波动较大且无规律，如前所述，这是受取样阀中存在脱氢反应的影响，故在这种情况下计算H2的产气速率对故障判断没多大意义。

根据表1中试运行前后的数据，用式(2)计算 C2H2和总烃的产气速率(运行时间3.5天，油重70t, 油密度0.89t/m3)，得到C2H2的绝对产气速率为 15.5mL/d，是注意值的77.5倍；总烃的绝对产气速率为1128mL/d,是注意值的94.1倍。据此可以判定，该设备内部已存在较严重故障。

由于故障气体主要由C2H4、CH4及H2构成，而且还出现微量C2H2,用特征气体法判断，该设备的故障类型符合高温过热特征。若用改良三比值法判断，经计算得到的编码组合为0 0 2,对应的故障类型也是高温过热。

4返厂后的产品试验

该干式变压器停役后，现场所进行的检查未能找到故障，决定B相返厂作进一步检查。返厂后，进行了电压比测量及联结组标号检定、绕组电阻测量、绝缘电阻及介损测量、长时感应电压试验等项目的检查, 结果均未见异常。

在对油进行脱气处理后，又进行了长期空载和负载试验(先空载后负载，时间均为36h),在试验期间每隔2h取一次油样进行色谱分析，分析数据见表2。

从表2数据可知,干式变压器长期空载试验时，总烃含量有增长趋势，但在负载试验中其增长速度反而变慢，其他气体也有类似情况。由于吸附在干式变压器内部固体材料中的气体在油脱气处理后，会有一个向油中转移的平衡过程，使油中的气体组分含量出现一个先快后慢的增长过程，这将导致很难区分脱气后油中气体含量的增长是由故障引起还是由原来的残余气体引起，使得对长期空载试验和负载试验期间的色谱分析结果难以作出正确判断。

5故障检查结果

由于干式变压器返厂后的诊断性试验也未能发现问题，决定吊出器身做进一步检查。2009年10月17 日进行铁心、夹件及油箱磁屏蔽等部位检查，结果未见异常。10月22日进行了分体检查，拆除上铁轭， 将主柱器身从铁心柱上拔出，对器身内部及铁心进行了深入细致检查。结果发现：高压侧主柱铁心表面从较小级算起的第4级铁心片，距铁窗下铁轭上表面约450mm处与之接触的一支撑棒表面有发黑痕迹，其中出现碳化部分的长度100mm。从撑棒紧邻碳化点向上还有一段(约700mm)发黑痕迹，但没有碳化，仅仅是其下部碳化对上部的熏染结果。这支撑棒上有一个约2mm小孔，小孔内有污染。另外铁心接地屏较内层纸筒与撑棒碳化处接触部分有熏染发黑痕迹。检查撑棒过热点对应的铁心部分，铁心端面光滑，没有毛刺形成片间短路，没有过热形成的烧熔，铁心完好无损。同时对调柱及旁柱也进行了认真检查，检查结果未见异常。

在对上述撑棒进行X光透视后，未发现金属异物。经过对撑棒材质等因素进行认真 研究和分析后，认为该干式变压器故障的原因是撑棒受到了污染或存在腐蚀发生霉变而丧失了绝缘性能，与铁心片接触后在铁心端面形成局部涡流产生局部过热，由于撑棒与铁心紧密接触(铁心绑带对其施加了很大的压紧力)，散热条件很差，因此撑棒由于局部过热而发生碳化，也正是局部过热造成了油分解出现色谱分析结果异常。

6结束语

(1)新干式变压器在投产试运行期间，要高度重视油中溶解气体含量的色谱分析项目，对有异常的分析结果进行故障判断时，往往用产气速率法更能反映设备的真实情况。

(2)取油样前一定要先将取样阀内的死油放干净，以免所取的油样失去真实性。

(3)当发现油中特征气体含量异常时，在故障未查明之前，若需设备继续运行(或进行空载试验和负载试验)并根据油中气体含量的变化作进一步观察时，暂缓对油进行脱气处理对故障诊断更为有利。

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