变压器油中溶解气体含量突增故障诊断探讨

1变压器油中溶解气体的主要来源

变压器是电力系统中不可或缺的重要电气设备之一,变压器油以其自身所具备的优良性能和低廉的价格,成为大部分电力变压器的绝缘和冷却介质。通常情况下,变压器正式投运前需要注入变压器油,而在变压器油尚未注入变压器时,部分溶解气体便已经存在,如H2(氢气)、CH4(甲烷)等。可将变压器油中溶解气体的来源归纳为以下几个方面:

1.1来自于大气

变压器油是石油类液体,加工时通常会与生产环境中的大气接触,此过程中,油液会吸收一定量的空气。另外,在后续的储运环节中,油液也会或多或少地吸收空气。而变压器油中的溶解气体则是吸收了大气中的o2(氧气)和N2(氮气)。

1.2绝缘油分解

绝缘油是由许多不同碳氢化合物分子组成的混合物,电或热故障可使其中某些C二H键或C二C键断裂,并有少量氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基伴随产生。这些自由基和氢原子等经过复杂的化学反应重新生成氢气和烃类物质,如甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等。

1.3固体绝缘材料分解

从电力变压器结构上看,固体绝缘材料是不可或缺的重要部分,其主要成分是纤维素,热稳定性比油中的碳氢键弱。在电、热、水分、氧等作用下,纤维素裂解、氧化、水解,生成Co、Co2、水、烃类物质、哄喃化合物等,会对变压器的运行性能造成不良影响。

2变压器故障诊断中的油色谱分析法

变压器在运行过程中受到诸多因素的影响,常会发生各种故障。在对变压器故障进行检测时,采用电气试验只能发现局部故障和发热缺陷等问题。而通过对变压器油中的气体进行色谱分析,能对变压器中潜在的故障及其未来可能的发展程度进行诊断。正因如此,油色谱分析在变压器故障诊断中得到了广泛应用。

2.1油色谱分析法的基本原理

变压器油中烃类气体的产生速率主要与温度有关,当温度达到某个特定值后,变压器中某种气体的产生率就会随之出现最大值,油色谱分析基于的就是这一原理。相关研究表明,在温度升高后,变压器油中产气率最大的是甲烷,乙烷次之,再次是乙烯和乙炔,由此可见,变压器故障温度与变压器油中溶解气体的含量存在对应关系。

2.2故障特征气体

变压器运行中,局部过热、放电是较为常见的故障现象,此类故障的主要表现之一就是产生故障特征气体。当变压器

正常运行时,变压器油、固体绝缘材料均会随着时间的推移而发生老化及变质,同时还会分解出少量气体。而变压器发生过热、放电等故障或是绝缘受潮时,变压器油中气体的含量会快速增加。变压器不同类型的故障产生的气体成分有所区别,详情如表1所示。

3变压器油中溶解气体含量突增的故障诊断实例

3.1实例一

3.1.1问题概况

某电厂为了满足生产需要,投入一台全新的110kV变压器,该变压器正式投运的时间为2018年8月10日。变压器投运时,所有的参数全部为正常值,但在运行4天后,根据现行规范标准的规定要求,对该变压器进行油色谱分析时发现,变压器油中的H2含量突然增大,且超过限值。随后,对该变压器进行连续3天的监测,油中H2的含量不断增大,但其他特征气体的含量却并未发生太大的变化,全部维持在限值允许范围内。为保险起见,检修班组于8月18日对该变压器进行了断电检修,但所有的试验结果均显示为正常。随后采用真空脱气的方式对变压器油进行处理,于8月21日重新投入运行,并对其进行跟踪检测。8月30日,该变压器的H2含量再次增大,超过限值。

3.1.2H2含量突增的原因分析

查阅相关文献后发现,导致变压器油中H2含量增大的原因主要有以下几个方面:

(1)故障部位的温度超高,受到高温作用的影响,油发生裂解,进而产生H2。在这种情况下,变压器油中其他烃类的含量也会随之增加。

(2)变压器油中所含的水分与Fe发生化学反应,从而产生H2。

(3)某些材料中含有镍(催化剂),受到电场的作用,变压器油中的部分烃类会出现脱氢反应,反应产物为H2。

该例中,只有H2的含量增大得比较明显,而其他气体含量并未出现较为显著的变化。结合上述原因分析,可以排除高温引起变压器油裂解的可能性。进一步分析后,得出如下结论:该变压器油中H2突增是脱氢反应所致,之所以会发生脱氢反应,可能与变压器制造过程中使用的材料有关。维修部门与该变压器的生产厂家取得联系,经过询问之后,确认该变压器制造时采用了一种新型的钢材,因此该变压器本身并无任何故障问题。

3.2实例二

3.2.1问题概况

某供电公司辖区内一座220kV变电站的主变在一年内出现了两次变压器油中溶解气体突增的情况,首次出现的时间为2017年8月9日,在进行常规油色谱分析时发现变压器油中的乙炔含量突增,随后维修部门连续7天进行了检测,结果发现,该变压器油中的乙炔含量不断增长,超过规范标准的规定要求。而在检测过程中,变压器油中其他气体的含量基本维持在稳定状态,未出现较大变化。第二次气体含量突增现象发生在2018年2月4日一10日这段时间,除C0和C02之外,其余气体含量均发生突变,其中H2和C2H2的增幅最大,前者达到80.57μL/L,后者达到23.66μL/L。

3.2.2故障诊断

对该变压器进行油色谱试验和绝缘试验,经过分析后发现,导致色谱超标的主要原因是变压器内部瞬时放电造成油分解。由于C0和C02并未发生明显变化,且绝缘试验的所有数据均为正常值,因此判断气体突增与绝缘材料无关,可能是因为外部电压增大,使变压器内部出现瞬时放电,引起绝缘油分解,致使溶解气体组分增长,最终造成C2H2突增。初步判断原因之后,对该变压器进行吊罩检查,结果发现在绕组外层绝缘板上有明显的放电痕迹,同时发现调压绕组引线夹下有一块橡胶条,经过全面检查后发现,该橡胶条为密封垫上的一部分,可能是安装时位置偏移,在剪切力的作用下,橡胶条从密封垫上被截下。在变压器振动的作用下,橡胶条落到木架上,并不断靠近绝缘板,进而引起放电。找到故障原因后,去除橡胶条,并将变压器重新装好,投入运行,经过为期6个月的观察,未再次出现溶解气体突增的现象。

4结语

综上所述,当变压器油中溶解气体的含量突然增大时,说明变压器出现故障,此时应当采取油色谱分析的方法,对变压器油进行检测,根据检测结果,判断导致溶解气体含量增大的原因,进而采取相应的措施进行处理,消除故障,使变压器恢复正常运行,这对于提高变压器的运行安全性和稳定性具有重要的现实意义。