1引言

利用色譜分析干式變壓器油中溶解氣體，可以診斷設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障。故障診斷包括有無故障和故障類型兩個方面。通常以特征氣體含量法或產(chǎn)氣速率法來判斷是否存在故障,即將油中溶解氣體組分含量的測定值或某些氣體的產(chǎn)氣速率與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的注意值進(jìn)行比較,然后作出判斷。若認(rèn)為可能存在故障，則再根據(jù)故障下產(chǎn)氣的特征來判斷故障類型，常用方法有特征氣體法和改良三比值法。

本文中介紹了一臺500kV干式變壓器投產(chǎn)試運(yùn)行期間，根據(jù)油中溶解氣體的色譜分析結(jié)果，判斷出干式變壓器內(nèi)部存在過熱故障，然后通過返廠檢查找到故障的過程。

2干式變壓器投運(yùn)情況

金華電業(yè)局500kV芝堰變工程于2009年7月 7日建成投產(chǎn)，其中3號主變（產(chǎn)品型號ODFS-334000/500）于2009年7月9日11時33分開始做沖擊試驗(yàn)，先由220kV沖擊2次，然后500kV沖擊 4次，沖擊試驗(yàn)完成后即進(jìn)行帶負(fù)載試驗(yàn)，時間為7 月11日21時11分，至22時43分帶負(fù)載試驗(yàn)結(jié)束，該主變正式轉(zhuǎn)入試運(yùn)行。

7月11日上午，投產(chǎn)后先次取油樣進(jìn)行色譜分析，發(fā)現(xiàn)B相氫含量異常（119uL/L）。在向取樣人員了解取樣情況后并進(jìn)行分析，認(rèn)為氫含量異常可能是由取樣前未將取樣閥內(nèi)死油放掉造成。這種情況以前曾多次發(fā)生，原因是由于一些取樣閥的閥體中含有某些脫氫反應(yīng)的催化劑，在其作用下閥內(nèi)的油發(fā)生了脫氫反應(yīng)，使得閥內(nèi)油中出現(xiàn)高含量氫，如果取樣前未將閥內(nèi)死油完全放干凈，所取油樣中的氫含量就會變高。

7月12日上午，正式投產(chǎn)11個小時后再次取樣（要求先放掉大量取樣閥內(nèi)的死油），結(jié)果發(fā)現(xiàn)B 相烴類氣體的分析數(shù)據(jù)異常，而氫含量比前次大幅下降。A相和C相則正常。當(dāng)晚8時20分進(jìn)行第二次取樣，試驗(yàn)結(jié)果顯示B相一些烴類氣體含量增長明顯。以后幾天又進(jìn)行了幾次跟蹤試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。鑒于在試運(yùn)行期間B相油色譜分析結(jié)果出現(xiàn)異常，經(jīng)研究決定，7月15日10時36分該主變退出運(yùn)行。

3故障分析

有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，500kV干式變壓器油中溶解氣體含量的注意值如下:H2=150uL/L,C2H2=1uL/L，總烴= 150uL/L。

該干式變壓器運(yùn)行時間很短，油中H2、C2H2和總烴這三項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到注意值，因此特征氣體含量法在這一案例中不是很適用。而產(chǎn)氣速率考查的是某一時間段內(nèi)氣體含量的增長速度，基本上與設(shè)備運(yùn)行時間的長短無關(guān)。因此在本文案例中，用產(chǎn)氣速率法判斷故障要比特征氣體含量法更合適。產(chǎn)氣速率分為絕對產(chǎn)氣速率和相對產(chǎn)氣速率，計(jì)算公式如下：

上述公式中，γa為絕對產(chǎn)氣速率，單位為mL/d；γr為相對產(chǎn)氣速率，單位為％/月；Ci1、Ci2分別為前后兩次取樣測得油中某氣體含量，單位為uL /L；?t為兩次取樣時間間隔中的實(shí)際運(yùn)行時間，在式(1)中單位為天(d)，式(2)中單位為月；m為設(shè)備總油量，單位t；p為油的密度，單位t/m3。

用產(chǎn)氣速率判斷故障時，對特征氣體起始含量很低的新設(shè)備，不宜采用相對產(chǎn)氣速率的方法。從式 (2)中可看出，如果分母Ci1過小，即使分子中Ci2與 Ci1的差值不大時也會使相對產(chǎn)氣速率變得很大，而且分母Ci1的試驗(yàn)誤差還會加大對相對產(chǎn)氣速率計(jì)算值的影響。由此可見，對于本文案例宜采用絕對產(chǎn)氣速率方法。

標(biāo)準(zhǔn)中對干式變壓器絕對產(chǎn)氣速率的注意值規(guī)定如下:H2=10mL/d，C2H2=0.2mL/d，總烴=12mL/d。

從表1中可知，H2含量波動較大且無規(guī)律，如前所述，這是受取樣閥中存在脫氫反應(yīng)的影響，故在這種情況下計(jì)算H2的產(chǎn)氣速率對故障判斷沒多大意義。

根據(jù)表1中試運(yùn)行前后的數(shù)據(jù)，用式(2)計(jì)算 C2H2和總烴的產(chǎn)氣速率(運(yùn)行時間3.5天，油重70t, 油密度0.89t/m3)，得到C2H2的絕對產(chǎn)氣速率為 15.5mL/d，是注意值的77.5倍；總烴的絕對產(chǎn)氣速率為1128mL/d,是注意值的94.1倍。據(jù)此可以判定，該設(shè)備內(nèi)部已存在較嚴(yán)重故障。

由于故障氣體主要由C2H4、CH4及H2構(gòu)成，而且還出現(xiàn)微量C2H2,用特征氣體法判斷，該設(shè)備的故障類型符合高溫過熱特征。若用改良三比值法判斷，經(jīng)計(jì)算得到的編碼組合為0 0 2,對應(yīng)的故障類型也是高溫過熱。

4返廠后的產(chǎn)品試驗(yàn)

該干式變壓器停役后，現(xiàn)場所進(jìn)行的檢查未能找到故障，決定B相返廠作進(jìn)一步檢查。返廠后，進(jìn)行了電壓比測量及聯(lián)結(jié)組標(biāo)號檢定、繞組電阻測量、絕緣電阻及介損測量、長時感應(yīng)電壓試驗(yàn)等項(xiàng)目的檢查, 結(jié)果均未見異常。

在對油進(jìn)行脫氣處理后，又進(jìn)行了長期空載和負(fù)載試驗(yàn)(先空載后負(fù)載，時間均為36h),在試驗(yàn)期間每隔2h取一次油樣進(jìn)行色譜分析，分析數(shù)據(jù)見表2。

從表2數(shù)據(jù)可知,干式變壓器長期空載試驗(yàn)時，總烴含量有增長趨勢，但在負(fù)載試驗(yàn)中其增長速度反而變慢，其他氣體也有類似情況。由于吸附在干式變壓器內(nèi)部固體材料中的氣體在油脫氣處理后，會有一個向油中轉(zhuǎn)移的平衡過程，使油中的氣體組分含量出現(xiàn)一個先快后慢的增長過程，這將導(dǎo)致很難區(qū)分脫氣后油中氣體含量的增長是由故障引起還是由原來的殘余氣體引起，使得對長期空載試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn)期間的色譜分析結(jié)果難以作出正確判斷。

5故障檢查結(jié)果

由于干式變壓器返廠后的診斷性試驗(yàn)也未能發(fā)現(xiàn)問題，決定吊出器身做進(jìn)一步檢查。2009年10月17 日進(jìn)行鐵心、夾件及油箱磁屏蔽等部位檢查，結(jié)果未見異常。10月22日進(jìn)行了分體檢查，拆除上鐵軛， 將主柱器身從鐵心柱上拔出，對器身內(nèi)部及鐵心進(jìn)行了深入細(xì)致檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高壓側(cè)主柱鐵心表面從較小級算起的第4級鐵心片，距鐵窗下鐵軛上表面約450mm處與之接觸的一支撐棒表面有發(fā)黑痕跡，其中出現(xiàn)碳化部分的長度100mm。從撐棒緊鄰碳化點(diǎn)向上還有一段(約700mm)發(fā)黑痕跡，但沒有碳化，僅僅是其下部碳化對上部的熏染結(jié)果。這支撐棒上有一個約2mm小孔，小孔內(nèi)有污染。另外鐵心接地屏較內(nèi)層紙筒與撐棒碳化處接觸部分有熏染發(fā)黑痕跡。檢查撐棒過熱點(diǎn)對應(yīng)的鐵心部分，鐵心端面光滑，沒有毛刺形成片間短路，沒有過熱形成的燒熔，鐵心完好無損。同時對調(diào)柱及旁柱也進(jìn)行了認(rèn)真檢查，檢查結(jié)果未見異常。

在對上述撐棒進(jìn)行X光透視后，未發(fā)現(xiàn)金屬異物。經(jīng)過對撐棒材質(zhì)等因素進(jìn)行認(rèn)真 研究和分析后，認(rèn)為該干式變壓器故障的原因是撐棒受到了污染或存在腐蝕發(fā)生霉變而喪失了絕緣性能，與鐵心片接觸后在鐵心端面形成局部渦流產(chǎn)生局部過熱，由于撐棒與鐵心緊密接觸(鐵心綁帶對其施加了很大的壓緊力)，散熱條件很差，因此撐棒由于局部過熱而發(fā)生碳化，也正是局部過熱造成了油分解出現(xiàn)色譜分析結(jié)果異常。

6結(jié)束語

(1)新干式變壓器在投產(chǎn)試運(yùn)行期間，要高度重視油中溶解氣體含量的色譜分析項(xiàng)目，對有異常的分析結(jié)果進(jìn)行故障判斷時，往往用產(chǎn)氣速率法更能反映設(shè)備的真實(shí)情況。

(2)取油樣前一定要先將取樣閥內(nèi)的死油放干凈，以免所取的油樣失去真實(shí)性。

(3)當(dāng)發(fā)現(xiàn)油中特征氣體含量異常時，在故障未查明之前，若需設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行(或進(jìn)行空載試驗(yàn)和負(fù)載試驗(yàn))并根據(jù)油中氣體含量的變化作進(jìn)一步觀察時，暫緩對油進(jìn)行脫氣處理對故障診斷更為有利。

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