色譜分析技術(shù)在變壓器潛伏性故障診斷中的應(yīng)用

1、色譜分析技術(shù)在變壓器潛伏性故障診斷中的應(yīng)用陳彥（華能伊敏發(fā)電廠內(nèi)蒙古伊敏河）【摘要】文中闡述了采用色譜分析技術(shù)判斷變壓器內(nèi)部故障的過程。在確定變壓器內(nèi)部是否存在故障的基礎(chǔ)上，列舉了采用色譜分析技術(shù)判斷變壓器內(nèi)部存在故障的判斷方法，并用伊敏發(fā)電廠在過去十多年來發(fā)生的工程實例加以闡述說明?！娟P(guān)鍵詞】充油電氣設(shè)備色譜分析故障診斷產(chǎn)氣速率0引言利用氣相色譜法監(jiān)測充油電氣設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障及故障的發(fā)展趨勢，是一種行之有效的監(jiān)督手段，早已在電力系統(tǒng)得到了高度重視和廣泛應(yīng)用。由于變壓器油中溶解氣體是由很多原因影響產(chǎn)生的，因此，判斷一臺變壓器是否存在潛伏性故障時，一定要把特征氣體濃度與變壓器的運行狀況、電氣

2、試驗結(jié)果等綜合起來分析，以獲得正確可靠的判斷結(jié)論。下面僅對如何診斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障談?wù)劚救说囊稽c體會。1故障分析的機理充油電氣設(shè)備內(nèi)部的故障診斷，主要是利用色譜分析技術(shù)對絕緣油中有代表性的七種溶解氣體（H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO、CO2）進行分析。當(dāng)電力設(shè)備內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或受潮情況時,這些氣體的產(chǎn)量會迅速增加，我們通過對其進行分析，判斷是什么類型的故障，進而判斷出故障的大致部位。值得指出的是，在識別設(shè)備內(nèi)部是否存在故障時，注意值不是劃分設(shè)備有無故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)氣體濃度未達到注意值而產(chǎn)氣速率增漲過快時，就應(yīng)進行追蹤分析并查明原因；對330KV及以上電抗

3、器，當(dāng)出現(xiàn)痕量（小于1ul/L）乙炔時也應(yīng)引起注意；但判斷不致于危及繞組和鐵心安全時，可在超過注意值較大情況下運行。2故障類型的判斷 按照部頒導(dǎo)則，定期對設(shè)備進行檢測。在充分掌握設(shè)備油中氣體多次準(zhǔn)確的色譜分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)故障判斷的步驟，首先判明有無故障。常用的方法是“三查”，即查對注意值，考查產(chǎn)氣速率和調(diào)查設(shè)備狀況。根據(jù)“三查”情況，進行綜合分析，最后作出判定有無故障的結(jié)論。在診斷變壓器等充油設(shè)備內(nèi)部的確存在潛伏性故障后，應(yīng)綜合從以下幾個方面考慮，做出準(zhǔn)確判斷變壓器的故障類型。2.1按油中可燃性氣體含量判斷絕緣油主要是由高分子碳、氫化合物組成，當(dāng)油溫過熱或遇到放電故障時，這些有機物就會根

4、據(jù)能量的高低分解成不同種類的低分子烴類氣體（如烷烴、烯烴和炔烴）和氫氣，能量越高，生成不飽和烴類（如乙炔）的傾向越大，故障也越嚴(yán)重。例如：我廠500KV乙線電抗器A相氫氣含量從2007年6月29日開始突然增長較快（如表1），考察其產(chǎn)氣速率350%/月，可以判斷不是設(shè)備受潮引起的，就是設(shè)備內(nèi)部存在機械位移或螺絲松動等可能引起機械放電現(xiàn)象。根據(jù)我們的檢測結(jié)果建議檢修對該設(shè)備進行真空濾油處理。表1 乙線電抗器A相色譜檢測結(jié)果（ul/L）組分日期H2CH4C2H4C2H6C2H2COCO2總烴07.6.1536115.21.02.50204164718.707.6.2251920.41.04.0027

5、6191025.407.6.2756826.52.16.90323215335.507.6.2970630.91.96.70309222439.507.7.10191773.22.314.70.4377253290.207.7.13207385.62.617.403772637105.607.7.23291.51.32.50.361295.607.7.2822214.71.93.80.24840420.607.8.371532.82.38.406360543.507.8.586445.52.89.807671258.107.8.81582784.119.60.310710349807.8.13

6、1698763.115.60.29888995.107.8.232437115.53.522.60.21231176141.807.9.13155165.63.632.50.3129132320207.9.18174629.3035047557.3表中2007年7月23日數(shù)值是檢修人員對設(shè)備內(nèi)絕緣油進行真空壓力濾油后色譜分析結(jié)果。設(shè)備重新投入運行不久氫氣又迅速增長，產(chǎn)氣速率達312.6%/月, 且甲烷含量亦有要超標(biāo)趨勢,于是9月中旬檢修人員又對該設(shè)備進一步處理，這次對電抗器內(nèi)油進行熱噴淋處理，以驅(qū)除潮氣。再次帶電后，通過跟蹤檢測表明效果較好，證明此設(shè)備是受潮引起。原因之一可能是設(shè)備出廠時內(nèi)部吸

7、附了潮氣，投運后便分解出大量氫氣；另外夏季空氣潮濕，也有可能因設(shè)備密封不嚴(yán)而受潮。據(jù)統(tǒng)計，很多充油電氣設(shè)備在投運初期氫氣含量都較高，一兩年后則基本穩(wěn)定下來，這很可能與制造工藝或所用絕緣材料等設(shè)備本身的初始狀態(tài)有關(guān)。所以有人建議在設(shè)備投運初期可將氫氣含量標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬。2.2特征氣體判斷充油電氣設(shè)備內(nèi)部的絕緣油和有機絕緣材料，在正常運行情況下，通過電和熱的作用，也會逐漸劣化和分解，產(chǎn)生少量的特征氣體，這些氣體可反映故障點周圍油、紙等絕緣的熱分解本質(zhì)。氣體特征隨著故障類型、故障能量不同而不同。因此，特征氣體判斷對故障性質(zhì)有較強的針對性，亦比較直觀方便。例如：我廠在2008年6月份進行定檢時發(fā)現(xiàn)#2高

8、廠變，總烴、氫氣、甲烷含量較上次均有明顯的增高，并均超過其注意值，我們了解到此變壓器沒有檢修，僅在近期對其內(nèi)部油進行了真空濾油處理，從乙炔大于5PPm，但未構(gòu)成總烴的主要成分這一點來看，其故障類型屬于嚴(yán)重過熱性故障；原因可能是穿芯螺絲松動短接、絕緣損壞等導(dǎo)致出現(xiàn)鐵芯環(huán)流引起的故障。跟蹤分析總烴仍有上漲的趨勢，我們建議運行人員加強監(jiān)視的同時，希望檢修盡快查明原因進行處理。在此高廠變空載運行一段時間后總烴仍有上漲的趨勢（其監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示），于是我們建議廠部對其進行停運后解體檢查，發(fā)現(xiàn)是穿芯螺絲松動脫落引起的。經(jīng)過處理濾油后投入運行未見異常。表2 #2高廠變色譜分析結(jié)果（ul/L）組分日期H2C

9、H4C2H4C2H6C2H2COCO2總烴08.5.1900.20.900111531608.6.107994.2156.527.21.436389279.208.6.1163102.3159.327.71.332377290.708.6.1793109.778.932.31.659582322.608.6.30242421.2735.680.759.2686171296.708.7.149138311011219190924169608.7.2550419.7738.484.950.8948281293.808.7.3571678.21145.6125.280.81038712029.708

10、.7.4523631.81120126.776938451955.108.7.55166161070121.472.5948951880.108.7.6531661.61074.1120.970.9998901927.608.7.10541683.11149.5135.675.8137995204408.7.125457271268.4154.981.714310802231.9實踐證明，采用特征氣體法結(jié)合可燃性氣體含量法，可作出對故障性質(zhì)的判斷，但是要對故障性質(zhì)作進一步探討，預(yù)估故障源的溫度范圍等，還必須結(jié)合各組分的比值法進行。目前我們常采用的是IEC三比值法。2.3三比值法判斷部頒導(dǎo)則采用

11、IEC提出的特征氣體的三比值法作為判斷變壓器等充油電氣設(shè)備故障類型的主要方法。由表2中的試驗數(shù)據(jù)可以看出：變壓器內(nèi)部溶解氣體含量超出注意值，說明其內(nèi)部存在故障，這樣我們就可以利用三比值法來判斷其故障類型。首先計算C2H2/C2H4=0.080、 CH4/H2=1.22、C2H4/C2H6=92的比值，從結(jié)果022查表為屬于高于700的高溫范圍熱故障。 2.4故障氣體產(chǎn)氣速率判斷絕對產(chǎn)氣速率和相對產(chǎn)氣速率是準(zhǔn)確判斷故障存在的重要環(huán)節(jié)，產(chǎn)氣速率很大程度上依賴于設(shè)備類型、負(fù)荷情況、故障類型和所有絕緣材料的體積及其老化程度，應(yīng)結(jié)合這些情況進行綜合分析。例如：我廠#1主變C相在2009年1月份進行定檢時

12、發(fā)現(xiàn)總烴含量較上次明顯增高，并接近注意值，分析其故障類型，屬于油過熱。于是我們進行了跟蹤分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不僅總烴超標(biāo)，而且產(chǎn)氣速率也很快，計算其總烴的絕對產(chǎn)氣速率為：410.4ml/d；可以看到，總烴的絕對產(chǎn)氣速率遠遠大于其注意值，據(jù)此我們建議廠里盡快查明原因，采取有效措施加以解決。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)此變壓器鐵芯夾件曾存在問題，在以往的檢修中未經(jīng)過吊芯處理，因此其每隔一定時間就會出現(xiàn)此現(xiàn)象。由表3可見1月份總烴產(chǎn)氣速率未增加，于是我們對其加強跟蹤等待機組檢修時對其徹底處理。表3 #1主變C相色譜檢測結(jié)果（ul/L）組分日期H2CH4C2H4C2H6C2H2COCO2總烴08.12.22832.320.

13、110.50677210162.909.1.203974.159.221.70.27172136155.209.1.215078.164.825.00.68702352168.509.1.224777.963.623.80.28722302165.509.1.234168.957.521.30.2786213314809.1.24477562.222.80.48812296160.409.1.265380.97123.01109.1.274979.573.724.41.27972124178.809.1.284776.272.424.0170

14、9.1.295286.575.124.21.28282194187.009.1.306484.772.624.01.48192140182.70.9.1.316884.072.824.21.37842158182.309.2.15987.074.324.01.28342171186.509.2.35885.272.523.81.27912125182.7由此可見，各種特征氣體含量的絕對值固然重要，但更重要的是進行產(chǎn)氣速率的考察和追逐分析，同時結(jié)合設(shè)備運行及檢修等實際情況，才能全面準(zhǔn)確地判斷設(shè)備故障的現(xiàn)狀、程度及起因，以便采取相應(yīng)的解決措施。3綜合分析與判斷實踐證明：油中氣體分析對運行設(shè)備內(nèi)部早

15、期故障的診斷雖然靈敏，但由于這一方法的技術(shù)特點，使它在故障的診斷上有不足之處，例如對故障的準(zhǔn)確部位無法確定；對涉及具有同一氣體特征的不同故障類型（如局部放電與進水受潮）的故障易于誤判。因此在判斷故障時，必須結(jié)合電氣試驗，油質(zhì)分析以及設(shè)備運行、檢修等情況進行綜合分析，對故障的部位、原因，絕緣或部件的損壞程度等作出準(zhǔn)確的判斷，從而制定出適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?。另外，在監(jiān)視故障過程中，應(yīng)仔細觀察負(fù)荷、油溫的變化，本體及輔助設(shè)備的響聲及其震動等的變化以及外殼有無局部發(fā)熱；當(dāng)氣體繼電器或其他保護發(fā)生動作時，應(yīng)查看設(shè)備的防爆膜是否破裂，是否有噴油、漏油、油箱變形、異常震動和放電跡象以及輔助設(shè)備有無異常等。4色譜法

16、判斷故障的不足之處與發(fā)展方向雖然對充油電氣設(shè)備進行氣相色譜分析，不僅能發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障，還能預(yù)測故障的發(fā)展趨勢，使我們能及早地采取防范措施，但還應(yīng)清楚由于色譜分析方法的技術(shù)特點，使它在故障的診斷上存在著不足之處，在判斷故障時還必須結(jié)合電氣試驗、油質(zhì)分析、以及設(shè)備運行、檢修等情況進行綜合分析，最終才能得出正確的結(jié)論。為了更好地保證用油電氣設(shè)備安全運行，將色譜分析技術(shù)引入運行現(xiàn)場變壓器進行色譜“在線”分析，解決試驗室分析的諸多弊端，已經(jīng)成為試驗室色譜分析技術(shù)的新的發(fā)展趨勢。5結(jié)束語以上主要對色譜分析過程中如何判斷故障類型進行了分析與探討，可以看到要對色譜結(jié)果進行正確的分析，考慮各種因素對色譜結(jié)果所帶來的影響是十分必要的，只有如此，才能準(zhǔn)確地判斷設(shè)備有無故障、故障的類型、嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢等，避免進行誤判斷，更有效地發(fā)揮色譜的監(jiān)督作用。同時必須申明的一點是，這種方法目前尚有一定的局限性,有時還并不可靠,故要對充油設(shè)備的故障部位做出準(zhǔn)確判斷,還有賴于對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運