技術(shù)收藏 | 一臺500kV變壓器油色譜分析數據異常的

1引言

利用色譜分析干式變壓器油中溶解氣體，可以診斷設備內部的潛伏性故障。故障診斷包括有無(wú)故障和故障類(lèi)型兩個(gè)方面。通常以特征氣體含量法或產(chǎn)氣速率法來(lái)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)標準中相應的注意值進(jìn)行比較,然后作出判斷。若認為可能存在故障，則再根據故障下產(chǎn)氣的特征來(lái)判斷故障類(lèi)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)試運行期間，根據油中溶解氣體的色譜分析結果，判斷出干式變壓器內部存在過(guò)熱故障，然后通過(guò)返廠(chǎng)檢查找到故障的過(guò)程。

2干式變壓器投運情況

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(shí)33分開(kāi)始做沖擊試驗，先由220kV沖擊2次，然后500kV沖擊 4次，沖擊試驗完成后即進(jìn)行帶負載試驗，時(shí)間為7 月11日21時(shí)11分，至22時(shí)43分帶負載試驗結束，該主變正式轉入試運行。

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，認為氫含量異?？赡苁怯扇忧拔磳⑷娱y內死油放掉造成。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的催化劑，在其作用下閥內的油發(fā)生了脫氫反應，使得閥內油中出現高含量氫，如果取樣前未將閥內死油完全放干凈，所取油樣中的氫含量就會(huì )變高。

7月12日上午，正式投產(chǎn)11個(gè)小時(shí)后再次取樣（要求先放掉大量取樣閥內的死油），結果發(fā)現B 相烴類(lèi)氣體的分析數據異常，而氫含量比前次大幅下降。A相和C相則正常。當晚8時(shí)20分進(jìn)行第二次取樣，試驗結果顯示B相一些烴類(lèi)氣體含量增長(cháng)明顯。以后幾天又進(jìn)行了幾次跟蹤試驗，試驗結果見(jiàn)表1。鑒于在試運行期間B相油色譜分析結果出現異常，經(jīng)研究決定，7月15日10時(shí)36分該主變退出運行。

3故障分析

有關(guān)標準規定，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。

該干式變壓器運行時(shí)間很短，油中H2、C2H2和總烴這三項指標均未達到注意值，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(shí)間段內氣體含量的增長(cháng)速度，基本上與設備運行時(shí)間的長(cháng)短無(wú)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(shí)間間隔中的實(shí)際運行時(shí)間，在式(1)中單位為天(d)，式(2)中單位為月；m為設備總油量，單位t；p為油的密度，單位t/m3。

用產(chǎn)氣速率判斷故障時(shí)，對特征氣體起始含量很低的新設備，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(guò)小，即使分子中Ci2與 Ci1的差值不大時(shí)也會(huì )使相對產(chǎn)氣速率變得很大，而且分母Ci1的試驗誤差還會(huì )加大對相對產(chǎn)氣速率計算值的影響。由此可見(jiàn)，對于本文案例宜采用絕對產(chǎn)氣速率方法。

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

從表1中可知，H2含量波動(dòng)較大且無(wú)規律，如前所述，這是受取樣閥中存在脫氫反應的影響，故在這種情況下計算H2的產(chǎn)氣速率對故障判斷沒(méi)多大意義。

根據表1中試運行前后的數據，用式(2)計算 C2H2和總烴的產(chǎn)氣速率(運行時(shí)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。據此可以判定，該設備內部已存在較嚴重故障。

由于故障氣體主要由C2H4、CH4及H2構成，而且還出現微量C2H2,用特征氣體法判斷，該設備的故障類(lèi)型符合高溫過(guò)熱特征。若用改良三比值法判斷，經(jīng)計算得到的編碼組合為0 0 2,對應的故障類(lèi)型也是高溫過(guò)熱。

4返廠(chǎng)后的產(chǎn)品試驗

該干式變壓器停役后，現場(chǎng)所進(jìn)行的檢查未能找到故障，決定B相返廠(chǎng)作進(jìn)一步檢查。返廠(chǎng)后，進(jìn)行了電壓比測量及聯(lián)結組標號檢定、繞組電阻測量、絕緣電阻及介損測量、長(cháng)時(shí)感應電壓試驗等項目的檢查, 結果均未見(jiàn)異常。

在對油進(jìn)行脫氣處理后，又進(jìn)行了長(cháng)期空載和負載試驗(先空載后負載，時(shí)間均為36h),在試驗期間每隔2h取一次油樣進(jìn)行色譜分析，分析數據見(jiàn)表2。

從表2數據可知,干式變壓器長(cháng)期空載試驗時(shí)，總烴含量有增長(cháng)趨勢，但在負載試驗中其增長(cháng)速度反而變慢，其他氣體也有類(lèi)似情況。由于吸附在干式變壓器內部固體材料中的氣體在油脫氣處理后，會(huì )有一個(gè)向油中轉移的平衡過(guò)程，使油中的氣體組分含量出現一個(gè)先快后慢的增長(cháng)過(guò)程，這將導致很難區分脫氣后油中氣體含量的增長(cháng)是由故障引起還是由原來(lái)的殘余氣體引起，使得對長(cháng)期空載試驗和負載試驗期間的色譜分析結果難以作出正確判斷。

5故障檢查結果

由于干式變壓器返廠(chǎng)后的診斷性試驗也未能發(fā)現問(wèn)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，結果未見(jiàn)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，對器身內部及鐵心進(jìn)行了深入細致檢查。結果發(fā)現：高壓側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，其中出現碳化部分的長(cháng)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(méi)有碳化，僅僅是其下部碳化對上部的熏染結果。這支撐棒上有一個(gè)約2mm小孔，小孔內有污染。另外鐵心接地屏較內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(guò)熱點(diǎn)對應的鐵心部分，鐵心端面光滑，沒(méi)有毛刺形成片間短路，沒(méi)有過(guò)熱形成的燒熔，鐵心完好無(wú)損。同時(shí)對調柱及旁柱也進(jìn)行了認真檢查，檢查結果未見(jiàn)異常。

在對上述撐棒進(jìn)行X光透視后，未發(fā)現金屬異物。經(jīng)過(guò)對撐棒材質(zhì)等因素進(jìn)行認真 研究和分析后，認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(guò)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(guò)熱而發(fā)生碳化，也正是局部過(guò)熱造成了油分解出現色譜分析結果異常。

6結束語(yǔ)

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

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

(3)當發(fā)現油中特征氣體含量異常時(shí)，在故障未查明之前，若需設備繼續運行(或進(jìn)行空載試驗和負載試驗)并根據油中氣體含量的變化作進(jìn)一步觀(guān)察時(shí)，暫緩對油進(jìn)行脫氣處理對故障診斷更為有利。

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