基于絕緣油氣相色譜法的變電站主變壓器故障分析

李楊

摘 要：變電站主變壓器由于受到各種復(fù)雜因素的干擾，在運(yùn)行中難免出現(xiàn)故障或其他問題，只有科學(xué)地識別其中的故障，并采取合理的防范對策和措施才能真正地從根源上得以控制，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。本文重點分析了絕緣油的特點以及氣相色譜法的原理，立足于實例分析了基于絕緣油的氣相色譜法的變電站主變壓器故障。

關(guān)鍵詞：絕緣油;氣相色譜法;變電站主變壓器;故障分析

0 前言

變壓器屬于整個電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，發(fā)揮著電壓變換、電流傳輸?shù)裙δ?，也是整個電力系統(tǒng)輸電、配電的一項重要設(shè)備。電力變壓器能否高效地安全運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系到電力系統(tǒng)整體的效率與經(jīng)濟(jì)效益，對此就必須采取科學(xué)、有效的方法來分析變壓器故障來源與成因，從而為變壓器的精準(zhǔn)維護(hù)與維修找到出路。

1 絕緣油特點

絕緣油的主體成分為：烴類物質(zhì)，其中含有烷基、烯基、炔基各種化學(xué)基團(tuán)，以C-C為基礎(chǔ)各類基團(tuán)得以組合。電力設(shè)施工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中如果突然出現(xiàn)放電時，或系統(tǒng)處于熱故障狀態(tài)下，則將導(dǎo)致絕緣油內(nèi)部的C-C鍵出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過多重繁瑣、復(fù)雜的反應(yīng)以后則將產(chǎn)生氫氣，以及低分子烴類氣體，也可能產(chǎn)生碳的固體顆粒以及大分子聚合物等。

2 氣相色譜分析

氣相色譜法主要是將氣體充當(dāng)流動相的色層分離分析方法，流動相把氣化的樣品進(jìn)行統(tǒng)一整合，使其達(dá)到色譜柱中，色譜柱中儲存的固定相與樣品內(nèi)不同組分分子的作用力之間有很大不同，使得各個組分自色譜柱中流出的時間也各有差異，以此來實現(xiàn)對各個組分的妥善分離。通過采用合適的鑒定系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)，準(zhǔn)確地制作、標(biāo)示出各個組分外流的色譜柱的具體時間與濃度的色譜圖。參考色譜圖中所標(biāo)識的出峰時間、先后順序等來剖析化合物的性質(zhì)，以出峰的高低、面積大小等為基礎(chǔ)來達(dá)到對化合物的定量剖析，整個過程體現(xiàn)出高效、選擇性強(qiáng)、分析快速、操作流程簡單等優(yōu)勢，在對易揮發(fā)有機(jī)化合物的定性分析、定量分析方面有著獨特的優(yōu)勢?，F(xiàn)實操作中若實驗對象為非揮發(fā)性液體、固體等，也能輔助使用高溫裂解工藝，對其實施氣化處理以后再實施剖析。同時，也應(yīng)適合聯(lián)合運(yùn)用氣相色譜與紅光吸收光譜法，把色譜法作為分離組分負(fù)載試樣的方法，以此來確保分離的質(zhì)量與準(zhǔn)確度，實際的判斷與執(zhí)行流程為：

第一，色譜法。利用此方法檢測出的油樣和游離氣體中不同組分有自己的濃度值。

第二，借助不同組分的分配系數(shù)把游離氣體中不同組分的濃度進(jìn)行換算，使之成為平衡模式下的油內(nèi)被溶解的氣體的理論數(shù)值，具體的換算公式為：

Cil=KiCig

第三，通過對比以上各個公式中所計算得到的i組分于油樣中濃度的理論化測算值，如果雙方大致數(shù)值類似，則能斷定存在下面的兩大問題：第一，特征氣體中不同組分的濃度相對較低，這意味著變壓器的各項裝置、設(shè)施等都處于常規(guī)的工作模式，在這種情況下則要求技術(shù)層面人員探索分析非故障氣體的來源，而且要分析電氣報警的成因。第二，個別特征氣體的組分濃度很高，油樣中所溶解的氣體濃度的現(xiàn)實數(shù)值超出了理論數(shù)值，意味著變壓器的各項設(shè)備中出現(xiàn)了緩慢產(chǎn)氣的故障與危機(jī)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)理論值超出現(xiàn)實的數(shù)值，說明能放出多種氣體，變壓器內(nèi)則存在高效生成氣體的問題。

3 故障實例

3.1 異?，F(xiàn)象

某變電站的主變選擇下面的型號：SFZ-75000/110型，75000kV/A型，而且經(jīng)歷了大修，在最近兩年的試運(yùn)行中看到主變油溶解氣體中的氫氣、一氧化碳、二氧化碳等的含量達(dá)到了很高的濃度，明顯超出了當(dāng)前規(guī)范中所規(guī)定的特征氣體的注意值，參照上面的事實，則需要相關(guān)人員積極地做好巡視、檢查，而且也要增設(shè)紅外測溫儀器，控制主變絕緣油色譜監(jiān)測周期與各個設(shè)備的工作狀態(tài)、運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，后期的長期監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)其中的烴類、氫氣、一氧化碳、二氧化碳等含量也在持續(xù)上升。

3.2 問題分析

通過對故障問題的數(shù)據(jù)統(tǒng)計能看到，二氧化碳、甲烷、乙烷是主變油樣中的主成分，剩下的成分則主要為：一氧化碳、氫氣，和油與紙過熱模式下的獨特氣體差不多一致，經(jīng)綜合判斷分析出故障來自于固體絕緣情況不合格。

3.3 故障的處理

在專業(yè)人員反復(fù)的論證下，最終要把此設(shè)備進(jìn)行返廠校驗處理，以吊罩的方式來逐步檢測變壓器在高壓側(cè)、低壓側(cè)等的直流電阻，進(jìn)而明確變壓器整體的工作狀態(tài)、運(yùn)行模式，對變壓器頂部檢查時發(fā)現(xiàn)鐵芯接地聯(lián)片中間部位發(fā)生了略微凹陷，同鐵芯牢固貼為一體，聯(lián)片的周邊則為絕緣紙緊密包裹，而且其中的部分絕緣紙出現(xiàn)烤焦現(xiàn)象，甚至脫落，接地聯(lián)片燒掉了三分之二。根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)規(guī)范，需要鐵芯接地所引出的聯(lián)片只有在某個位置同鐵芯構(gòu)建起連接關(guān)系，由于主變設(shè)備所提供的聯(lián)片較長，緊貼于鐵芯副級表面，即使外圍整體上被絕緣層所包住，在現(xiàn)場被安裝后，因為經(jīng)歷了反復(fù)地重裝，能受到多次地牽扯、拖拽，這些都可能損傷絕緣層。變壓器常規(guī)工作模式下，鐵芯自身也將產(chǎn)生某種震動，使得鐵芯表面犀利的尖角逐漸地對絕緣層造成損害，從而造成鐵芯接地引出聯(lián)片和鐵芯各級兩點連接。鐵芯的主級、副級雙方構(gòu)筑成一個電勢差，從而導(dǎo)致鐵芯接地聯(lián)片與鐵芯不同層級間形成了循環(huán)電流，彼此間的摩擦所打造出的焦耳熱加快了絕緣層的碳化，直至接地聯(lián)片構(gòu)件燒毀受損，接地聯(lián)片發(fā)熱導(dǎo)致絕緣油發(fā)生氧化、離析，形成了大于規(guī)范數(shù)值量的特殊氣體，如果此時故障得不到遏制，鐵芯聯(lián)片構(gòu)件則可能斷裂，最終導(dǎo)致忒心無法形成常規(guī)的接地點，影響電網(wǎng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行，根據(jù)上面的現(xiàn)象最理想的方式就是及時地更新鐵芯接地聯(lián)片，而且要實施真空濾油處理。

4 效果觀察

經(jīng)過維修整頓后，主變開始再次投運(yùn)，相關(guān)人員也切實遵守規(guī)范和規(guī)程要求來組織試驗，通過氣相色譜儀來檢測、剖析主變絕緣油中的成分，特別是其中的氣體組分，最終得到了所需的數(shù)據(jù)，最終的結(jié)果表明，經(jīng)過對主變的檢查、測試，維修以后，油體內(nèi)的各種氣體，例如：一氧化碳、二氧化碳與氫氣等都出現(xiàn)了持續(xù)上升的趨勢，特別是總烴的含量一路攀升，達(dá)到故障處理之前的百分之十時，則逐漸走向平穩(wěn)，再隨之逐漸地下滑，上面的數(shù)據(jù)所體現(xiàn)出的變化趨勢達(dá)到了設(shè)備特征氣體緩釋規(guī)律，從中能初步判定設(shè)備的故障已經(jīng)被解除，主變裝置開始走向正常良好運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)語

經(jīng)過試驗證明，通過正確地操作、使用絕緣油氣相色譜分析法可以第一時間高效、及時地診斷出變壓器設(shè)備是否過熱、是否有高溫問題，并對應(yīng)地采取相關(guān)的對策和措施，則可以最大程度地控制故障發(fā)展與蔓延，從而有效地避免了變壓器因為鐵芯難以接地所導(dǎo)致的燒毀問題。變壓器因為屬于整個電力系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備，任何的突發(fā)性故障都將導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行受影響，甚至可能因為故障而停運(yùn)，對設(shè)備本身的運(yùn)行周期也帶來一定的影響，將無形中增加維修的成本，威脅到電力系統(tǒng)的健康、平穩(wěn)運(yùn)行，這就需要電力部門要縮短維修時間，形成針對性的維修方式，從而最大程度地控制供電損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳烈鈞編著.氣相色譜檢測方法[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2]保定天威保變電氣股份有限公司編著.變壓器試驗技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]徐康健，孟玉嬋編著.變壓器油中溶解氣體的色譜分析實用技術(shù).中國質(zhì)檢出版社，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

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

[5]郭躍東，郭麗華，郭小嫻.主變壓器本體絕緣油耐壓降低的原因分析及處理[J].電世界，2020，61（05）：34-35.