浅析变压器过热性故障

摘要：介绍了变压器内部故障诊断及查找的工作流程及方法。变压器和固体绝缘材料在电或热的作用下分解产生一些特征气体，在不同的动作状态下，外界对变压器的理化作用不相同，产生的气体成分和含量也不相同。

关键词：变压器 过热性故障 色谱分析

一．前言

过热性故障占变压器故障的比例较大，危害性严重，存在于固体绝缘的热点会引起绝缘劣化与热解，绝缘危害较大，热点常会从低温发展为高温，甚至会迅速发展为电弧性热点造成设备损坏事故，一些裸金属热点也常会烧坏铁心夹件螺栓等部件，严重时会造成设备永久性损坏。近几年来，我们在开展预防性试验中，主要通过色谱分析手段，来及时准确判断出变压器内部过热性故障。本文结合现场实例，介绍变压器内部过热性故障判断的依据和方法。

二．变压器过热性故障判断的依据与方法。

变压器和固体绝缘材料在电或热的作用下分解产生一些特征气体，在不同的动作状态下，外界对变压器的理化作用不相同，产生的气体成分和含量也不相同，正常运行中，变压器内部绝缘油与固体绝缘材料除产生一些非气态的劣化产物外，还会产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物等。其中碳的氧化物（CO、CO2）成分最多，其次是氢和烙类气体，当发生过热性故障时，热点只影响到绝缘油的分解而不涉及固体绝缘的裸金属过热性故障，油中溶解气体以CH4和C2H4为特征气体，二者之和常占总烃的百分之八十以上。故障点温度的升高较低时，甲烷占的比例大，随着热点温度的升高（500度以上）时，乙烯、氢成分急剧增加，比例增大，当严重过热（800度）时，也会产生少量乙炔，但其含量不超过乙烯量的10%，涉及固体绝缘的过热性故障时，除产生上述的低分子烃类气体外，还产生较少的CO、CO2。随着温度的升高，CO/CO2比值逐渐增大，因此，我们可以根据从电力系统预防性试验规程及导则，通过分析油中溶解气体的成分，特征气体含量，变化趋势，IEC三质法来判断变压器是否存在内部潜伏性故障及故障的性质，而过热性故障的回路包括导电回路和磁回路，可用以下方法判断：

(1)磁回路过热过性故障判断依据；在四比值法中，变压器存在磁回路过热性故障。

（2）将三比值法与磁回路过依据结合使用判断磁回路与导电加路的过热性故障，由上述可知，磁场回路过热依据与《导则》中的三比值法比较，有三个比值项是共同的。在这三个比值组合“022”相同，因此，当基于三个比值的比值判断为“022”热故障后，再将其中的CH4/H2的比值按1-3和＞3划分为CH4/H2=1-3编号为2C（C为磁），CH4/H2>3编码为2D（D为电）。这样当比值组合为O2C2时，为磁回路过热性故障，当比值组合为C2D2时为导电回路过热性故障。需要注意的是，由于油中溶解气体产生有时与运行和检修情况有关，如冷却系统的油泵故障，油箱带油补焊，油流断电器接点火花，注入油本身未脱净气等，因此当油中气体分析认为可能存在有内部故障时还应结合电气，化学试验结果和运行检修情况以及外部检查等进行综合判断，这样不仅有助于准确判断故障类型及对故障部位做出正确估计，同时可防止设备的遗漏或盲目停运造成浪费。

三．应用实例

例如110KV 1#主变（SF9-20000/110)投运2年后测试时发现氢和光烃有所增加，其中光烃已超过电力系统预防试验规程所规定的注意值 ，历次试验如表1所示，从表1数据来看，特征气体产生速度很大，光烃达18.5ML/h,"IEC"三比值编码“022”表明该变压器内部存在大于700度的高温过热，也可能存在电流放电，经初步分析，过热原因大致可有（1）铁心两点或多点接地。（2）引线连接不良。（3）分接开关点接触不良。（4）铁心间短路或被导物短路。（5）部分绕组短路或不同电压比并列运行，引起的循环电流发热等等。为了查找变压器的过热性质，对该变压器停电进行了直流电阻测量，未见异常，根据油溶解气体色谱分析数据按工作流程图进行逐项分析。

（1）由数据计算得：所得判断为磁回路过热性故障。

（2）通过带各种负荷，空载等不同运行方式进一步验证，后来通过转移部分负荷将该泵站变电所将主变所带负荷减少一半，发现总烃产生速度为21.8ML/h，而这之前的总烃速度为18.5ML/h。由此可见，产气速度并未下降，就此将2#主变投入后，1#主变空载运行时也证明了一点，这就说明油征气体的产生与负荷电流大小无关，只与电压有关，从而进一步确认磁回电路有过热性故障，而非导电回路故障，

数据还可以看出不可能是分接开关接触不良所造成的。从以上分析可以判定，油中烃类大量产生是铁心故障导致铁心过热所致，是引起变压器产生过热性故障的主要原因所在。通过对该主变吊罩大修检查发现，铁心内部存在多点短路故障，夹件松动，线圈差位，在铁心上铁轭油隙AB相间铁心接缝处的硅钢片变形，与油隙地面的硅钢片短路，另一短路则在 相下铁轭油隙中，也是硅钢片油隙对面的硅钢片松动短接造成严重过热，变压器油受热裂解，导致油中烃类大量产出，并有游离碳沉积在上面，从而证明了以上分析正确。故障点找到后进行了处理，投入运行后正常。

四．结论

实践证明，油中溶解气体色谱分析是检测变压器内部故障的有效方法，由于变压器内部故障形成和故障部位及故障类较多，要准确判断各种变压器故障的部位和性质，有赖于对设备内部结构和运行状态的全面掌握，还要增做一些电气试验，如直流电阻，电压比，空载试验等，并结合历年色谱分析数据进行比较分析， 以达到及时准确发现缺陷,消除故障，确保设备安全经济运行目的。