改良三比值法在變壓器故障診斷中的應(yīng)用

孫大根，蔣立偉

(國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 雅安 625304)

1 概述

變壓器是電力系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一，起著傳送電能、升降電壓的重要作用。變壓器的運行狀況決定著整個電力系統(tǒng)的負(fù)荷輸送和分配，特別是在高電壓等級系統(tǒng)中更是如此。由于制造工藝、材料、油流等原因會造成變壓器內(nèi)部電場分布不均勻，容易發(fā)生局部放電，這種放電現(xiàn)象在變壓器的運行中是持續(xù)存在的。放電會造成故障點周圍的絕緣油或其他絕緣介質(zhì)分解產(chǎn)生H2、CO 以及一些烴類氣體。這些氣體聚集形成的氣泡在電場的作用下會沿電場方向排列，使故障點的絕緣強度進(jìn)一步降低，故障加劇，形成惡性循環(huán)，最終造成故障點絕緣破壞，引發(fā)事故。因此，對變壓器內(nèi)部初期故障進(jìn)行監(jiān)測具有重要的意義。

2 故障特征分析

大容量變壓器一般為油浸式，利用油-紙組合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)絕緣。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生初期故障時，變壓器的油-紙絕緣材料會因為受熱而逐漸老化或分解。由于不同的烴鍵具有不同的熱穩(wěn)定性，烴類的C—H 鍵只需較小的能量即可斷裂，而C—C鍵的斷裂則需要較高的能量，C—C 鍵、C＝C 鍵(大約為500 ℃)和C≡C 鍵(800～1 200 ℃)的形成依次需要越來越多的能量，所以故障產(chǎn)生的氣體中各種烴類組分含量和故障類型、位置以及故障嚴(yán)重程度密切相關(guān)。

我國現(xiàn)行的GB/T 7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中，將變壓器不同故障類型下產(chǎn)生的主要特征氣體和次要特征氣體歸納在表1 中。

表1 不同故障類型產(chǎn)生的氣體

3 故障診斷方法

研究和大量實踐表明，變壓器故障診斷不僅要考慮油中溶解氣體各組分的含量，還要考慮各組分之間的相對含量。國際電工委員會(IEC)根據(jù)這些特征提出了以CH4/H2，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4進(jìn)行判斷的三比值法；我國則根據(jù)運行實踐，結(jié)合變壓器的運行狀況特點，對三比值法的編碼組合做了改良，提出了改良三比值法。改良三比值法的編碼規(guī)則如表2 所示。

表2 改良三比值法的編碼規(guī)則

當(dāng)測得的變壓器油中氣體組分含量達(dá)到表3 所示的注意值時，才可以用改良三比值法進(jìn)行判斷。當(dāng)油中氣體組分含量達(dá)到注意值時，可根據(jù)計算的三比值結(jié)果，對應(yīng)GB/T 7252—2001 中的典型應(yīng)用，結(jié)合變壓器的實際運行狀況來分析故障原因。如發(fā)現(xiàn)存在問題應(yīng)及時處理，以防止故障擴(kuò)大。

表3 運行中變壓器油中氣體含量的注意值 μL/L

當(dāng)測得的油中氣體組分含量低于注意值但增加速度大于表4 所示值時，也應(yīng)進(jìn)行跟蹤分析，并查明原因。當(dāng)油中氣體組分含量已超過注意值但其數(shù)值不隨時間增長時，則可認(rèn)為變壓器不存在發(fā)展性故障，只需要分析氣體來源，對油進(jìn)行凈化后加強監(jiān)測分析。

表4 產(chǎn)氣速率的注意值mL/d

4 應(yīng)用實例

某110 kV 施工變電站(為電站建設(shè)初期提供施工電源)運行人員發(fā)現(xiàn)1 號主變的油中氣體含量超標(biāo)，油色譜分析數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 某110 kV 施工電站油色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

根據(jù)表5 中的數(shù)據(jù)可知，2 次采樣數(shù)據(jù)中的總烴、C2H2、H2的含量都大于表3 中規(guī)定的注意值，而且H2、CO 和CO2的含量都呈增大的趨勢，由此可判斷變壓器內(nèi)部發(fā)生故障的可能性較大。利用改良三比值法進(jìn)行變壓器故障判斷，計算三比值的結(jié)果如表6 所示。

表6 改良三比值法計算結(jié)果

對照表2 中的改良三比值法編碼，表6 中2 組數(shù)據(jù)對應(yīng)的編碼為102。根據(jù)GB/T 7252—2001中的結(jié)論，初步判斷故障類型是電弧放電。由于烴類氣體的含量有下降趨勢，判斷可能是瞬時性故障，故障原因可能是相間閃絡(luò)、分接頭引線間隙閃絡(luò)、引線對箱殼放電、分接頭開關(guān)飛弧、導(dǎo)電回路電流引起電弧、引線對其他接地體放電等。

現(xiàn)場實際檢查發(fā)現(xiàn)，故障為變壓器有載分接開關(guān)A 相的一顆引線螺栓頭對B 相的引線放電，引線處有明顯的放電痕跡。將該螺栓及引線的絕緣重新處理并緊固，測得直阻和絕緣正常后將變壓器重新投入運行。

由于通過改良三比值法先判斷出變壓器存在內(nèi)部故障并分析了故障原因，便于對變壓器進(jìn)行運行維護(hù)管理，消除了重大的安全隱患，保障了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。同時，也要求運維人員嚴(yán)格執(zhí)行油色譜分析監(jiān)督制度，按現(xiàn)場規(guī)程定期開展油化工作。對于裝設(shè)有油中氣體在線監(jiān)測裝置的單位，還要按照規(guī)程進(jìn)行氣體含量的運行監(jiān)視，在出現(xiàn)報警信號時做好現(xiàn)場設(shè)備檢查；并結(jié)合油色譜分析結(jié)果進(jìn)行對比分析，及時做好故障處理。

5 結(jié)束語

通過以上實例分析可以看出，改良三比值法是非常實用的一種變壓器故障診斷方法，有助于發(fā)現(xiàn)變壓器的一些初期故障。在具體的分析中，還要充分考慮設(shè)備的實際運行狀況及檢修維護(hù)情況，通過綜合分析(如測量繞組直流電阻、繞組之間以及對地絕緣，局部放電試驗和測量微水含量等)，準(zhǔn)確找到故障根源，消除缺陷，保障設(shè)備健康運行。

1 操敦奎．變壓器油中氣體分析診斷與故障檢查[M]．北京：中國電力出版社，2005.

2 錢旭耀．變壓器油及相關(guān)故障診斷處理技術(shù)[M]．北京：中國電力出版社，2006.

3 GB/T 7252—2001 變壓器油中氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].

4 陳改峰．用溶解氣體分析法診斷變壓器故障[J]．變壓器，2003(6)．