色谱分析判断老旧变压器故障的经验与启示

-1-色谱分析判断老旧变压器故障的经验与启示摘要：本文通过对一台运行二十余年的大型变压器轻瓦斯动作后的色谱数据分析，详细阐述了色谱分析在判断和解决同类型变压器故障中的注意事项。关键词：变压器特征气体故障色谱分析1前言：用气相色谱法分析油中溶解气体，是诊断变压器内部潜伏性故障及其发展程度的有效方法。变压器油中溶解气体除与故障性质有关外，还与变压器运行负荷、温度、结构、产气原因、故障部位、色谱分析过程中的取样、脱气和气样注入仪器以及仪器对各组分定性与定量分析等诸多因素有关，因此必须进行综合判断分析。2xx变电所220kV2#主变二十余年色谱分析概况我公司xxx变电所2#主变，型号为SFPSZ-120000/220，西安变压器厂生产，1983年9月1日出厂，油重53.28吨，强迫油循环风冷，1984年11月16日投入运行。运行正常18个月后，1986年3月31日，色谱分析总烃286μl/l，首次超过注意值；1987年3月14日，总烃升至375.1μl/l，并且出现乙炔3.6μl/l；至1994年4月5日轻瓦斯动作前，总烃和乙炔均在此范围内上下波动，存在过-2-热性故障，其间经数次脱气处理运行。31994年4月5日故障分析和处理3.1试验数据及故障类型、性质的判断1994年4月5日上午9时，Ⅱ#主变瓦斯继电器轻瓦斯动作后，即刻赶赴现场取本体油样、瓦斯继电器气样（瓦斯气300mL）和有载开关油样分析，试验数据详见表1，表1螺变2#主变色谱数据表μl/l取样时间氢气H2甲烷CH4乙烯C2H4乙烷C2H6乙炔C2H2总烃C1+C2一氧化碳CO二氧化碳CO2备注1994.2.25.33.425.8103.417.70.9147.82423254故障前1994.4.5.936.1126.9252.537.1260.9677.4297.63799本体9时1994.4.5.934.2139.4254.638.2265.6697.8295.43855本体停电后16时1994.4.6940.8137.7250.237.1262.7687.7289.23782本体停电26小时1994.5.2002.70002.71378检修后1995.5.2054.38.53.4016.260.8691-3-氢气H202004006008001000123456氢气H20200400600800123456甲烷CH4乙烯C2H4乙烷C2H6乙炔C2H2总烃C1+C2010002000300040005000123456一氧化碳CO二氧化碳CO2化碳油中溶解气体突增，轻瓦斯游离气体的理论值远大于色谱分析得出得油中溶解气体含量。由色谱分析结果及平衡数据分析，可以看出故障后主变油样中得气体以H2和C2H2、C2H4为主，其次是CH4，这与高能量放电，即电弧放电故障产生得特征气体相符，但油中气体与瓦斯气体中CO和CO2含量都不高，说明故障不涉及固体绝缘。运用三比值法，对其故障进行判断。编码为102，故障性质为高能量放电，而CO2/CO的比值大于10，说明故障涉及纤维素劣化。由于IEC提出（实测值/推算值）比值为0.5~2.0，可视为平衡状态，可以看出除CO、CO2气体接近平衡外，H2与大部分烃类气体理论-4-值与实测值相差较大，且气体浓度明显高于油中气体浓度，说明故障产气量大，设备存在严重的放电故障。3.2综合判断根据变压器油色谱分析，结合电气试验高、中、低压直阻测量合格、变比正常以及局部放电等测试数据综合分析，可判明变压器主绝缘线圈正常，该主变氢瓦斯动作前内部存在从过热性故障到高能量放电故障现象，其中放电故障是突出的，占主要性的。由此推断，由于该主变长期运行产生振动，可能使某些金属件产生松动或脱落在交变强电场作用下，悬浮状态的金属件产生悬浮电位。悬浮放电使其周围变压器油产生大量C2H2和H2。故障的原因可能是有载开关筒体渗漏、有载分解开关放电或本体内选择开关松动，磁屏蔽和内部悬浮金属放电及强油（潜油泵）冷却系统故障等诸多可能性的一种或多种的因素。具体原因有待吊罩检查判定。3.3吊罩前对主变附属设备的检查（1）停电后对有载开关检查，发现油箱的密封胶垫老化、发粘，分接开关油箱上部与本体油箱预留孔错位，上过沿橡皮垫被压裂出现缺口，导致渗油。这是本体可燃性低分子烃类气体来源之一现场及时更换密封胶垫和处理了有载开关筒体渗漏。（2）对10组潜油泵中怀疑有问题的解体检查，散热器等冷却系统检查及油枕的检查未见异常，只有7#潜油泵有轻微的磨损现象。3.4吊罩检查与处理4月20日本体放油后进行吊罩检查，各部位紧固件表面无明显的松动，外侧观察高压绕组无变形，外观可视油道无堵塞。对所怀疑-5-的磁屏蔽与油箱接触面上和磁屏蔽表面未见明显的放电痕迹。（1）下轭铁夹件两端方钢紧固螺帽有炭黑条状痕迹，靠高压侧两段处紧固螺丝松动，平垫圈有较多的游离碳，并有电弧灼伤痕迹。（2）低压接头全部检查，白纱头未变色，表明接头未发热，选择开关检查虽未见明显异常，但在紧固中有松动，有电弧痕迹且有碳黑。这应是产生C2H2和H2含量高的故障部位。经过吊罩检查，查明原因后，采取了下列措施对该主变进行处理：（1）压紧线圈的螺丝全部检查并重新加以紧固。（2）对箱底的大量金属微粒、碳分等污物进行清除。落罩后，将经过真空过滤脱气后的合格变压器油用真空注油工艺注入油箱，并反复循环过滤将滞留在线圈内的残留溶解气体组分脱去，做24小时空载运行下色谱监测，各特征气体含量均在注意值范围内，未发现异常变化。运行数年后，情况亦如此。表明吊罩检查处理后，放电性故障已消除。42005年轻瓦斯动作分析2005年元月2日夜该主变轻瓦斯动作，至2月12日共计动作次数四次，其间隔时间约10～15天，气室集气约150mL左右。由于该主变处于枢纽变电所位置，担负着合肥地区重要的供电任务。因当时合肥地区供电负荷较大，无法对其停电检查、检修。经连续色谱跟踪检测，具体数据见表2。表2色谱分析数据试验时间氢气H2甲烷乙烯乙烷乙炔总烃一氧化二氧化-6-CH4C2H4C2H6C2H2C1+C2碳CO碳CO22004.11.235143.783.320.50147.596175372005.1.24332.753.118.60104.958852962005.1.36338.659.415.10113.248061202005.1.78851.171.618.20140.966572782005.1.178345.664.216.30126.158270952005.1.277947.860.115.40123.255666062005.2.38950.773.718.90143.264982272005.2.128043.763.619.30126.655267572005.3.17949.470.818.40138.65647399氢气H2020406080100123456789氢气H2020406080100120140160123456789甲烷CH4乙烯C2H4乙烷C2H6乙炔C2H2总烃C1+C2-7-0100020003000400050006000700080009000123456789一氧化碳CO二氧化碳CO24.1数据分析及结论根据省电科院对其做了含气量和糠醛含量检测。元月18日测试该主变含气量10.6%，一般开放变压器含气量应在5～7%左右；糠醛含量0.81mg/l,注意值0.75mg/l。（糠醛质量浓度达到0.5mg/l时，变压器整体绝缘水平处于寿命中期；达到1～2mg/l时，变压器绝缘劣化严重；达到3.5mg/l时，变压器绝缘寿命终止。）根据油色谱分析，糠醛和含气量测试结果分析，此次轻瓦斯动作其动作间隔时间与环境温度条件及所带负荷密切相关，呈规律性变化。变压器虽运行二十余年，但根据气体各组分值换算成油中溶解气体的理论值与油中溶解气体的实测值近似相等，因而不能轻易判定该主变存在内部故障。CO2/CO7,证明该主变存在绝缘材料老化的可能。该主变运行已超过二十年，会引起CO和CO2含量的明显增长。但固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解一般没有严格界限，规律也不明显。重要的是瓦斯继电器中游离气体与油中溶解气体的比较。4.2轻瓦斯动作的原因初探和对策轻瓦斯保护间隔动作后，用平衡判据分析油样和气样表明，油中溶解气体理论值与实测值近似相等，且故障气体未超出《导则》注意值范围。因此，笔者初步判定，轻瓦斯动作非主变内部故障所引起。-8-由于该台变压器已投入运行二十余年，虽然2002年已将强油循环更换为低转速、低噪音的潜油泵，但变压器长期运行可能导致变压器的散热器、冷凝器等油循环系统密封不良、本体有渗点。据此推断，不排除变压器因存在渗漏，致使变压器内出现负压后，油中逸出的气体向负压区流动，最终导致瓦斯继电器动作的可能性。油溶解度的影响，油中含气量已达到10%以上（正常的隔膜式变压器含气量为4～6%），也就是说油中的总气量大大超过正常值。从各油中溶解气体的溶解度特性，我们可以得知，大多特征溶解气体在油中得溶解度是随温度降低而升高的，而空气随温度降低其溶解度反而减少。当温度骤然降低时，油的体积缩、油面压力来不及通过呼吸器与大气平衡而降低，油中溶解的空气也会释放出来。因此，也不排除因空气突然大量释放是引起轻瓦斯动作的主要原因。因此，笔者建议，在该主变停电时对该主变的附属设备、油枕、潜油泵、冷凝管、散热器和继电器本身做进一步检查和线圈绕组变型等电气项目试验。5色谱分析变压器故障时一些值得注意的事项5.1变压器轻瓦斯动作后，气体继电器内集有气体，立即检查和取油样进行色谱分析，并注意将继电器内剩余气体放尽。这样，可确认变压器内部存在异常时，可用平衡判据法来判断是否有故障及故障性质。5.2对有载调压变压器，如果存在切换开关筒体渗漏也能引起变压器本体油中的H2、C2H2等气体含量高，应该需要加以认真区分。5.3放电性故障极易造成变压器事故，而C2H2是放电性故障的主要特征气体，在色谱分析时应特别加以重视。-9-5.4以上所提到的两次主变轻瓦斯动作，虽然表现故障一致，但很显然引起故障的原因是截然不同的。所以尽可能的了解掌握变压器运行历史、检修情况、环境和温度条件，包括附属设备的运行状况、外观异常及变压器的负荷、运行电压等等，对分析变压器故障的产生原因具有相当的意义。5.5对于遇到多种故障（如过热和放电故障同时存在）联合作用时，运用三比值法判断故障性质时，可能找不到相对应的三比值编码。再者，某些故障是先过热而后发展为电弧放电兼过热。故障的复杂性和多重性造成难以使用单一过热性故障或放电性故障来界定。对于此类情况，应使用多种判定方法综合判断故障的性质，以达到正确判断故障性质的目的。5.6从取油样到振荡脱气，再到将气样注入色谱仪中对各组分进行定性定量分析这一系列过程中，任何一个环节由于操作不当都有可能影响色谱分析的准确度，从而干扰对设备内部异常进行正确分析。因而，应将因操作造成的试验误差控制在10%以内，这是正确有效判断设备内部故障且值得重视的因素。6结束语实践表明，变压器油中溶解气体色谱分析判定变压器内部故障，是利用油和绝缘材料在不同条件下裂解产物组成不同的特性的机理，经过长期摸索实践总结出来的。对某些因外部原因引起主变的变化，色谱分析往往能起到“一锤定音”的效果，这是其他任何检测手段所不具备的。但某些潜伏性故障是变化着的，是一个动态的过程。由于运行情况的千差万别，因而造成故障有时加剧、有时趋于稳定、甚至有时也会消失。我们只有结合设备的运行情况，经过一段时间的观察-10-和跟踪监测，做到综合而又动态的分析，才能对设备有无故障以及故障性质作出正确的珍断。参考文献1中华人民共和国电力行业标准DL/T722-2000，变压器油中溶解气体分析和判断导则.北京：中国电力出版社，20002温念珠编.电力用油实用技术.北京：水利电力出版社3操敦奎编著.变压器油中气体分析与诊断.中国水利电力企业管理协会，19874陈化钢编著.电力设备异常运行及事故处理.北京：水利电力出版社