一台110kv变压器故障检测及处理分析

摘 要：作为电力系统中核心和枢纽的设备，电力变压器的性能和质量直接关系着电力系统运行的可靠性和经济效益，利用油中溶解气体能够灵敏地发现电力变压器的潜在故障并判定变压器内部故障的性质。文章分析了变压器油中溶解气体的来源，研究了油中气体特征及故障状况判断原则，并针对一台110kv变压器的故障检测的实际情况进行了具体的案例分析。

关键词：变压器；故障检测；特征气体；案例分析

1 引言

变压器故障的性质与油中溶解气体的成分、含量及产生速度都有关，通过对油中溶解气体的成分及其含量进行色谱分析，就能准确地判断出变压器内部是否存在故障隐患及故障性质，同时结合变压器的局部放电检测及直流电阻测量等多种电气试验手段就能对故障发生的位置进行准确地判断。因此，通过检测变压器油中的溶解气体含量，可随时监测变压器的运行状况，及早发现并排除变压器潜在的故障，这已经成为保障变压器及电网安全稳定运行的措施之一。文章结合一台110kv变压器故障检测及处理过程，对变压器故障检测及处理方法进行研究。

2 变压器油中溶解气体的来源

如果变压器处在正常的运行状态下，则其内部油中溶解的气体的主要为氧气和氮气，但若发生了某种故障，则可能导致绝缘油中含有一定量的故障特征气体，例如，绝缘油在精炼的过程中会形成的少量气体，发生正常劣化产生的气体及由于热油循环所产生的气体，因此，在大多数运行的变压器中都会含有某种故障特征气体，必须对其加以鉴别。

油中所溶解的气体对变压器也是具有危害的：由于其具有化学腐蚀性从而加速了变压器绝缘材料的老化，而发生的局部放电等故障也会使绝缘材料出现电解等现象，从而产生一些有害气体，这些有害气体主要有：一氧化氮、原子氧、二氧化氮等，这些气体遇到水就会生成硝酸和亚硝酸，从而引起绝缘材料的腐蚀，最终导致运行中的变压器发生严重的事故，威胁电网整体的安全稳定。

3 油中气体特征及故障状况判断分析

3.1 油中气体特征

变压器内部所出现的故障是具有多种类型，各种故障所产生的特征气体具有共性和特性：经过大量的分析实验表明变压器故障的标志气体主要有以下几种：H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等，将CH4、C2H2、C2H4、C2H2四种气体的总量称为总烃[2]。

3.2 故障状况判断

以油中溶解气体含量来判断变压器内部故障时，首先，应从判定变压器内部是否存在故障，主要依据为当油中所溶解的气体成分的浓度和产气速率都超过标准值时可判定变压器内部是存在故障的；其次，对故障的类型进行判定，变压器的绝缘油在故障的情况下会产生气体，同时产气速率也在随温度的变化而变化，当达到特定的温度时将达到最大值。随着温度的升高，产气速度的最大值所出现的顺序依次为：CH4、C2H6、C2H2和C2H4。当温度达到300℃以上时就会产生裂解气体，裂解气体的主要成分为H2和CH4；当温度达到400℃时CH4和H2产生的就比较明显，同时伴随着气体烃类气体的产生；当温度高于800℃时就会产生乙炔，因此通过判定气体的成分就可以对故障源的温度进行估算。如果故障发生在导电回路，此时产生的气体含量中乙炔就会较高，因此乙烯/乙烷的比值将增大，且通常乙烯的产气速率大于甲烷；当电磁回路发生故障时一般无乙炔或只有微量乙炔产生，此时乙烯/乙烷的比值较小。对故障点的判断除依照上述原则外还应结合检修及设备的实际情况综合分析，应做到具体设备具体分析。

4 案例分析

某变电站110kv变压器的型号为SFSZ-40000/110，容量为4万千伏安，生产厂家为合肥ABB变压器有限公司。2004年3月投运，2011年2月16日对该变压器进行年度定检，分析数据显示总烃含量为257.70（uL/L）超过注意值且较上一周期有明显增长，2月21跟踪复检与前次数据相吻合，确定设备内部存在异常。对数据分析发现其中油征主要以乙烯和甲烷为主，根据特征气体初步判断该设备内部存在过热故障。为进一步确认故障，4月29日对设备油温和运行负荷等做了相应的调查，其中检查时油温几乎一直保持在60℃左右，处于偏高状态；运行负荷自2011年1月以来最大负荷均在32-34MW之间，负荷较重；对有载调压开关取样进行色谱分析，排除了有载调压开关存在故障并向本体渗油的可能性。5-6月期间分析结果显示总烃增长趋势明显，产气速率较快，已大于规程规定的注意值（0.5ml/h），在5月24日产气速率已达11.38ml/h，5月27日总体含量继续增长且有C2H2产生，经分析判断得出变压器内部存在高温过热故障的，因此建议立即对运行负荷进行调整，防止故障进一步发展。

为确保电网安全，防止设备事故发生，检修人员于7月12日至21日对该主变进行了吊罩大修。吊罩之前，该主变进行常规试验，除了总烃随着负荷的升高而增长外并无发现其他异常数据。2011年7月14日，对1#主变实施现场吊罩检修。通过吊罩检查发现主要存在铁芯接地铜片与其铁芯外侧部分接触部位出现放电烧伤痕迹，铁芯上有黄豆般大小烧点，铜片部分断裂、高压A相、中压B相引线外绝缘破裂，部分导线，其他各相引线外部绝缘出现不同程度的破损、中压B相绕组绝缘垫块位移及松动情况明显，部分绝缘垫块脱落在油箱底部、其它各相绝缘垫块也分别出现了不同程度的松动、围屏出现开胶和变形，上夹件紧固螺栓出现松动等问题。其它部位未发现异常，确定为铁芯连接片与外侧部分铁芯搭接引起内部过热，导致了本体内部绝缘油氢气、甲烷、乙烯等故障组分迅速增长。确定了故障原因及具体部位后，检修人员对铁芯接地铜片重新焊接处理，将烧毁处剥离重新埋入铁心之中，固定牢靠。在对绝缘油真空过滤、脱气后，7月21日该主变高压试验及绝缘油各项试验数据合格，主变投入运行。

8月23日大修后运行30天色谱跟踪分析总烃有增长，其中以C2H4、CH4组分为主，数据见表，考虑到该主变因内部过热故障大修，气体组分有回溶因素影响，将对其继续跟踪观察。该主变大修后色谱分析数据如下表。（单位uL/L）

5 结束语

对于变压器中不同故障部位其色谱数据的比例及大小是不一致的，色谱分析法具有坚实的理论基础并在实际工作中得到了证实，以色谱法为基础再结合其他特征量就可以诊断变压器的故障部位，同时还需对这种方法进行不断地分析和总结，以便进一步丰富和提高这一项技术，消除变压器内部的潜在隐患，确保变压器的安全稳定运行。

参考文献

[1]陈化钢.电力设备预防性试验方法和诊断技术[M].北京：中国科学出版社，2001.

[2]曹墩奎.变压器油中气体分析诊断及故障检查[M].北京：中国电力出版社，2005.

作者简介：任爱荣（1972，10-），女，工程师，从事变压器油务化验工作多年，石嘴山供电供电公司运维检修部。