變壓器特征氣體含量異常分析與處理

1、變壓器特征氣體異常分析及處理李瑞永華潤(rùn)電力（江蘇）檢修XXX, 江蘇 徐州 221003【摘 要】 本文通過(guò)兩起變壓器特征氣體超標(biāo)的處理過(guò)程，對(duì)異常氣體產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了分析，對(duì)故障原因進(jìn)行了深入的闡述，提出了變壓器安全運(yùn)行的預(yù)防措施，對(duì)其他項(xiàng)目公司具有一定的借鑒意義。【關(guān)鍵詞】 變壓器 特征氣體 電弧放電 故障檢測(cè) 0 引言變壓器作為發(fā)電廠向外輸送電能的重要設(shè)備，其內(nèi)部絕緣缺陷如不能早期發(fā)現(xiàn)處理并及時(shí)采取措施，尤其是突發(fā)氣體含量超標(biāo)事故，往往容易造成災(zāi)難性后果。某公司根據(jù)變壓器氣體在線監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警信息及油中氣體色譜分析結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理了變壓器內(nèi)部放電性故障；在高廠變廠用電切換后，發(fā)現(xiàn)特征氣

2、體異常后，及時(shí)采取措施，均成功地避免了主設(shè)備重大損壞事故的發(fā)生。1 案例一：設(shè)備簡(jiǎn)介某公司#2變壓器采用單相單體式戶外型油浸強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器，變壓器配置有HYDRAM 201i型智能變壓器早期故障在線檢測(cè)系統(tǒng)。11 型號(hào)：DFP-240000/500 12 額定電壓為 ：HV 525322.5%KV， LV 22 KV 13 生產(chǎn)廠家：常州東芝變壓器XXX，2005年8月生產(chǎn)，2006年10月投產(chǎn)。2 事件現(xiàn)象2009年12月13日05:06分，某公司2機(jī)組DCS發(fā)“2變壓器內(nèi)部氣體濃度含量高、變壓器IDD裝置告警任一故障存在”報(bào)警，就地檢查B相氣體氣體在線監(jiān)視裝置濃度顯示為100ppm，09:

3、10分取樣化驗(yàn)乙炔氣體含量為41.24 ul/l，13：30分再次取樣乙炔氣體含量為50.75 uL/L（具體數(shù)據(jù)見下表）。2變壓器B相油中氣體含量色譜分析結(jié)果表時(shí)間甲烷乙烯乙烷乙炔氫一氧化碳二氧化碳總烴09：10 19.81 18.32 6.4 41.24 108.72 305.79 2289.00 85.77 13：3023.0022.006.350.75127.00322.002397.00102.00#2變壓器B相退油后，進(jìn)人點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)在高壓套管下引線一絕緣夾件有碳黑和明顯樹枝狀放電現(xiàn)象，該絕緣夾件為層壓紙板結(jié)構(gòu),見下圖 圖一 故障位置 圖二 故障現(xiàn)象 圖三 層壓紙板的樹枝狀放電 圖四

4、輔助絕緣紙板上的碳黑 案例二：設(shè)備簡(jiǎn)介某公司#4發(fā)電機(jī)組使用的高廠變?yōu)槲靼参麟娮儔浩鱔XX提供的SFF9-40000/20型號(hào)產(chǎn)品，#4發(fā)電機(jī)組于2012年10月21日開始停運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)組大修，停運(yùn)前高廠變運(yùn)行正常，檢修期間對(duì)高廠變進(jìn)行了常規(guī)的檢查、清掃、預(yù)防性試驗(yàn)，試驗(yàn)完全按照江蘇省電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求進(jìn)行，從試驗(yàn)結(jié)果看，未發(fā)現(xiàn)異常。2013年1月3日，在機(jī)組大修完畢，發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)，用高廠變接帶該機(jī)組廠用負(fù)荷后，出現(xiàn)高廠變低壓側(cè)三相電壓不平衡（A相3.519KV B相3.487KV C相3.422KV），負(fù)序電流較大， 遂將該機(jī)組廠用電切換至#02啟備變接帶，該高廠變置為空載運(yùn)行狀

5、態(tài)。1月4日10:00，安排檢驗(yàn)中心做該變壓器油色譜分析，發(fā)現(xiàn)部分指標(biāo)超標(biāo)，特別是乙炔含量達(dá)到143.4ppm，已嚴(yán)重超標(biāo)；立即安排再次取油樣驗(yàn)證，結(jié)果基本一致，遂判斷為變壓器內(nèi)部可能有故障點(diǎn)。為避免設(shè)備出現(xiàn)大的損壞故障，匯報(bào)部門及公司領(lǐng)導(dǎo)，并與省調(diào)協(xié)商后，安排#4機(jī)組于2013年1月4日晚上23:30停運(yùn)處理，1月5日0:40正式開始對(duì)高廠變進(jìn)行拆除隔離，經(jīng)過(guò)緊張搶修，全部工作在3:00左右結(jié)束。#4高廠變徹底退出運(yùn)行，解體檢修發(fā)現(xiàn)高壓側(cè)分接開關(guān)發(fā)生閃絡(luò)。4高廠變油中氣體含量色譜分析結(jié)果表該變壓器退油解體后發(fā)現(xiàn)C相分接開關(guān)燒損。 圖五： 待更換的分接開關(guān) 圖六 故障位置分接開關(guān)損毀情況3 變

6、壓器內(nèi)部故障原因分析3油氣機(jī)理分析油浸變壓器大多采用油紙組合絕緣，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時(shí)，油紙會(huì)因受熱分解產(chǎn)生烴類氣體。由于含有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔镉兄煌臒岱€(wěn)定性，所以絕緣油隨著故障點(diǎn)溫度的升高依次裂解生成烷烴、烯烴和炔烴。每一種烴類氣體最大產(chǎn)氣率都有一個(gè)特定的溫度范圍，故絕緣油在各不相同的故障性質(zhì)下產(chǎn)生不同成分、不同含量的烴類氣體。 變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，絕緣油裂解產(chǎn)生氣體，只有當(dāng)油中氣體飽和后，才能從瓦斯繼電器反映出來(lái)。IEEE認(rèn)為對(duì)變壓器故障早期診斷的最佳方法是油中氣體分析法，用色譜分析法判斷變壓器內(nèi)部故障，可以直接從絕緣油中分析各特征氣體濃度的大小來(lái)確定變壓器內(nèi)部是否有故障

7、。由于氣體的擴(kuò)散，使絕緣油在故障變壓器內(nèi)不同部位特征氣體濃度不同。應(yīng)用氣體擴(kuò)散原理，在故障變壓器的關(guān)鍵部位抽取油樣，分析各個(gè)取樣點(diǎn)的氣體濃度，判斷變壓器內(nèi)部故障部位。 32 變壓器內(nèi)部放電類型的判斷321 變壓器內(nèi)部通常有三種放電類型：電弧放電故障、低能量放電故障和局部放電故障。電弧放電故障產(chǎn)氣量大、氣體劇烈產(chǎn)生，運(yùn)用測(cè)定油中溶解氣體的方法不容易對(duì)其診斷，往往是在出現(xiàn)故障（輕瓦斯發(fā)信動(dòng)作）后，我們才能根據(jù)油中氣體、瓦斯成分的分析，對(duì)變壓器的故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度進(jìn)行診斷。電弧放電故障氣體主要是乙炔和氫，其次是乙烯和甲烷，若涉及固體絕緣，CO的含量也比較高；低能量放電故障。一般是電火花放電，其故障氣

8、體主要是乙烯和氫。由于其故障能量較小，總烴一般不會(huì)高；局部放電故障。其產(chǎn)氣特征是氫組分最多（占?xì)錈N總量的85以上），其次是甲烷。局部放電的后果是絕緣老化，如任其發(fā)展，會(huì)引起絕緣損壞，甚至造成事故。322 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定：500 kV變壓器C2H2含量的注意值為1 uL/L。案例一中2變壓器B相取油樣色譜分析，發(fā)現(xiàn)C2H2含量為40-50 uL/L、H2 含量108-127 uL/L，已大大超出規(guī)程規(guī)定，同時(shí)針對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，沒有發(fā)現(xiàn)異常值。 根據(jù)#2變壓器B相異常氣體色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用經(jīng)驗(yàn)公式估算故障點(diǎn)的發(fā)熱溫度為T3221g（C2H4C2H6）525，兩次取樣溫度計(jì)算如下：20

9、09/12/13 9:10時(shí)： T3221g（C2H4C2H6）5253221g（18326.4）525 11022009/12/13 14:00時(shí)：T3221g（C2H4C2H6）5253221g（22.006.3）525 110根據(jù)IEC三比值法(以2009/12/13 9:10油樣計(jì)算)：C2H2C2H442.2418.322.25，比值編碼為1；CH4H219.81108.720.182， 比值編碼為0；C2H4C2H618.326.492.86，比值編碼為1，（第二次比值編碼為2）；判定故障編碼是101或者102,根據(jù)故障類型判定方法(電力用油、氣質(zhì)量、試驗(yàn)方法及監(jiān)督管理標(biāo)準(zhǔn)匯編P5

10、70)，初步判斷為電弧放電。323 從上述分析可得出以下結(jié)論：2變壓器B相油中乙炔產(chǎn)氣過(guò)快，故障點(diǎn)溫度約1100，證實(shí)存在故障源，此溫度足可以使絕緣油分解出C2H2，故障類型應(yīng)為電弧放電且溫度持續(xù)增高。 同樣的方法對(duì)案例二分析：故障點(diǎn)溫度約850，此溫度足可以使絕緣油分解出C2H2，故障類型應(yīng)為電弧放電。33 案例一絕緣材料成份分析為徹底調(diào)查放電原因，在夾持件和輔助絕緣板上發(fā)黑的部位取樣，進(jìn)行成份分析試驗(yàn)。試驗(yàn)在上海復(fù)旦大學(xué)國(guó)家微電子材料與元器件微分析中心進(jìn)行，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，配以X光能量色散譜（EDX）分析系統(tǒng)，試驗(yàn)電壓為20KV，在電子顯微鏡下直接觀察。試驗(yàn)總共在不同樣品上取樣個(gè)

11、，并分別標(biāo)號(hào)，試樣18為夾持件發(fā)黑部位取樣。試樣910為附絕緣發(fā)黑部取樣，試樣11為附絕緣發(fā)黑附近正常紙板取樣，在另一試驗(yàn)板上。 331 由于該絕緣件從變壓器中取出沒有脫脂干燥，從試樣中可以看到有很多油，經(jīng)多次打點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)多種金屬元素，具體如下分析：試驗(yàn)樣8的頻譜與影象圖：試驗(yàn)樣8經(jīng)多次打點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)Fe峰值較高，并有少量的Al、K、Ca、Mg、Si等，如下表： 同樣的方法：試樣11又發(fā)現(xiàn)一小圓球，對(duì)小圓球打點(diǎn)發(fā)現(xiàn)Fe、Mg、Si峰值較高,并有少量的Al、Ca、Ti等，一般正常樣除了C、O，沒有其他金屬，說(shuō)明該取樣處已被放電打出的塵埃污染。如下表：333 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了多種金屬，有部分金屬含量偏高

12、，11個(gè)試樣具體成份統(tǒng)計(jì)如下表：CONaAlSiCaFeCl TiSMgKSn試樣148.4918.7514.3118.46試樣249.9026.1410.3613.60試樣339.8522.0014.5121.172.47試樣466.4724.831.307.40試樣590.637.951.43試樣655.3216.9810.8614.981.86試樣769.3629.880.77試樣841.5230.021.127.543.9712.421.961.4633.6113.9252.4752.3831.801.8212.561.456.067.2977.998.65試樣941.5027.075

13、.4312.138.844.490.5421.2631.647.34 2.032.8628.270.913.861.8317.393.7119.0739.713.6411.415.0835.3623.352.601.721.4335.53試樣1070.0929.450.4759.0219.893.9011.551.384.2625.1632.980.800.861.6119.871.4016.850.4929.0430.478.3416.398.194.921.191.4615.1417.270.5167.08試樣1128.0432.731.0716.833.2218.1221.3632.18

14、25.6820.7825.9127.050.4812.312.8916.531.4513.38Wt%為重量百分含量334 試驗(yàn)結(jié)論：正常紙板除C、O元素外沒有其他金屬元素，從成份分析試樣可以看出，有多個(gè)小圓球顆粒，從分析數(shù)據(jù)看，支撐件發(fā)黑部位測(cè)出有Fe、Mg、Ca、Al、K、Zn、Ti、Na等多種金屬元素，尤其是Fe含量較高，所以推測(cè)本次擊穿可能是由于紙板內(nèi)金屬異物導(dǎo)致。34 案例二分析第三次通流，電流差170A1月1日20至23時(shí)短路試驗(yàn)，變壓器高壓側(cè)三次通流數(shù)據(jù)情況：在每次通流過(guò)程中均發(fā)現(xiàn)電流明顯不平衡。 第二次通流，電流差78A第一次通流，電流差69A 高廠變故障時(shí)間判斷：在廠用電切換之前，02啟備變備642開關(guān)電流在412A左右，切換后變壓器高壓側(cè)電流突升。#4高廠變低壓側(cè)41段正常，時(shí)間12：26 40切換成功#4高廠變高壓側(cè)42段電流高達(dá)2000A之上，造成劇烈沖擊，判斷為可能故障時(shí)間，此時(shí)為廠用電切換時(shí)間：2013-1-2 12：31 05 4 借鑒意義回顧兩起不安全事件的處理過(guò)程，正是由于在第一時(shí)間里根據(jù)特征氣體變化，嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，果斷安排變壓器停運(yùn)，才沒有造成事故的擴(kuò)大。