電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務(wù)。因此，變壓器的正常運(yùn)行是對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。

但由于變壓器長期運(yùn)行，故障和事故總不可完全避免，且引發(fā)故障和事故又出于眾多方面的原因。如外力的破壞和影響，不可抗拒的自然災(zāi)害，安裝、檢修、維護(hù)中存在的問題和制造過程中遺留的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長期運(yùn)行后造成的絕緣老化、材質(zhì)劣化及預(yù)期壽命的影響，已成為發(fā)生故障的主要因素。

在變壓器故障診斷中，通過變壓器油色譜分析這種化學(xué)檢測方法，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部存在的潛伏性故障及其發(fā)展程度非常有效，而油中氣體各種組分含量的多少與故障的性質(zhì)及程度直接有關(guān)。

有關(guān)變壓器油紙絕緣材料與熱分解氣體的關(guān)系

油浸電力變壓器主要的絕緣材料是絕緣油及固體絕緣材料絕緣紙、紙板和木塊等，在正常情況下，油浸電力變壓器內(nèi)的油/紙絕緣材料，在熱和電的作用下，會(huì)逐漸老化、變質(zhì)，并分解出少量的氣體（主要包括H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2）等。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)迅速增加，有關(guān)油浸電力變壓器油紙絕緣材料與熱分解氣體的關(guān)系可以歸納如下：

（1）絕緣油在300～800℃時(shí)，熱分解產(chǎn)生的氣體主要是低分子烷烴（甲烷、乙烷）和低分子烯烴（乙烯、丙烯），也含有氫氣。

（2）絕緣油暴露于電弧之中時(shí)，分解氣體大部分是氫氣和乙炔，并有一定量的甲烷、乙烯。

（3）局部放電時(shí)，絕緣油分解的氣體主要是氫氣和少量甲烷，除此之外，還有較多的乙炔。

（4）絕緣紙?jiān)?20～150℃長期加熱時(shí)，產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，且后者是最主要成份。

（5）絕緣紙?jiān)?00～800℃下熱分解時(shí)，除產(chǎn)生碳的氧化物之外，還含有氫烴類氣體，CO/CO2比值越高，說明熱點(diǎn)溫度越高。

變壓器內(nèi)部故障類型與油中氣體含量的關(guān)系

變壓器的內(nèi)部故障，就其故障現(xiàn)象來看，主要有熱性故障和電性故障。

1 熱性故障

熱性故障是由于有效熱應(yīng)力所造成的絕緣加速劣化，具有中等水平的能量密度。如果熱應(yīng)力只引起熱源處絕緣油分解時(shí)，所產(chǎn)生的特征氣體主要是甲烷和乙烯，二者之和一般占總烴的80%以上。而且隨著故障點(diǎn)的溫度升高，乙烯所占的比例將增加。

通常熱性故障是不產(chǎn)生乙炔的，一般低于500℃的過熱時(shí)，C2H2的含量不會(huì)超過總烴的2%，而嚴(yán)重過熱時(shí)，C2H2的最大含量也不超過烴總量的6%。當(dāng)過熱涉及固體絕緣材料時(shí)，除產(chǎn)生上述氣體之外，還產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳。

2 電性故障

電性故障是在高電應(yīng)力作用下所造成的絕緣劣化，變壓器內(nèi)部電弧放電其故障特征氣體主要是乙炔和氫氣，其次是大量的乙烯和甲烷，乙炔一般占烴總量的20～70%，氫占?xì)錈N總量的30～90%，并且在絕大多數(shù)情況下，乙烯含量高于甲烷。

火花放電其特征氣體也是以乙炔和氫氣為主，但因故障能量較小，一般烴總量不高，油中溶解的乙炔在烴總量中所占比例可達(dá)25～90%，乙烯含量約占烴總量的20%以下，氫氣亦占?xì)錈N總量的30%以上。

局部放電產(chǎn)生的氣體，主要依放電能量密度的不同而不同，一般烴總量不高，其主要成分是氫氣，其次是甲烷，通常氫氣占?xì)錈N總量的90%以上，甲烷與烴總量之比大于90%，當(dāng)放電能量密度增高時(shí)也可以出現(xiàn)乙炔，但乙炔在烴總量中所占的比例一般不超過2%。

3 受潮

當(dāng)變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，油中水份和含濕雜質(zhì)易形成“小橋”或者絕緣中含有氣隙均能引起局部放電，而產(chǎn)生氫氣，還因?yàn)樗衷陔妶鲎饔孟碌碾娊庾饔煤退c鐵的化學(xué)反應(yīng)，也可產(chǎn)生大量的氫氣，電力變壓器不同的故障類型產(chǎn)生的主要和次要?dú)怏w組分如表1所示。

表1 不同故障類型產(chǎn)生的氣體組分

三臺(tái)主變壓器油色譜異常的分析及處理

通常變壓器油色譜分析中C2H2的產(chǎn)生與變壓器內(nèi)部放電性故障有關(guān)，因此我們?cè)谌粘z測中如發(fā)現(xiàn)變壓器油色譜分析中含有C2H2時(shí)，當(dāng)即引起高度重視，分析查找原因，判斷變壓器內(nèi)部是否存在故障。

雖然GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則中規(guī)定220KV及以下變壓器油中溶解氣體含量C2H2的注意值為5μL/L，但是變壓器油中溶解氣體C2H2含量如果從無到有，雖在注意值以下，也應(yīng)引起足夠的重視。

（1）35kV臺(tái)門變#1主變，設(shè)備型號(hào)SZ7-10000/35±3×2.5%/10.5kV，自2007年8月投運(yùn)以來油色譜一直正常，在2010年3月30日定期檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體C2H2含量為2.9μL/L，在接下來的跟蹤中C2H2含量緩慢增長，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 35kV臺(tái)門變#1主變油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)（μL/L）

（2）35kV桃花變#1主變，設(shè)備型號(hào)SZ10-20000/35±3×2.5%/10.5kV，2009年10月投運(yùn)以來油色譜一直正常，在2011年6月30日定期檢測中發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體C2H2含量為5.6μL/L，在接下來的跟蹤中C2H2含量變化不大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 35kV桃花變#1主變油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)（μL/L）

（3）35kV新港變#1主變，設(shè)備型號(hào)SZ10-20000/35±3×2.5%/10.5kV，投運(yùn)以來油色譜也一直正常，在2011年4月25日定期檢測中發(fā)現(xiàn)油中溶解氣體C2H2含量為2.24μL/L，在接下來的跟蹤中C2H2含量變化不大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 35kV新港變#1主變油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)（μL/L）

分析這三臺(tái)主變壓器的油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)，均為氣體組分中出現(xiàn)C2H2含量，其它氣體組分H2、CH4、C2H6、C2H4、一氧化碳CO、二氧化碳CO2變化不大，也不能用三比值法進(jìn)行判斷。檢查這三臺(tái)主變壓器的檢修記錄，從未進(jìn)行過帶油補(bǔ)焊以及可能引起的外部油污染，且電氣試驗(yàn)一直來均正常，所以基本可以排除變壓器內(nèi)部的過熱性和放電性故障，認(rèn)為最大可能是有載分接開關(guān)滲漏引起。

于是對(duì)這三臺(tái)主變壓器停電進(jìn)行有載分接開關(guān)檢查，均發(fā)現(xiàn)有載分接開關(guān)筒體端部密封圈滲漏，使有載分接開關(guān)的油漏向主變本體，致主變油色譜中出現(xiàn)C2H2含量，經(jīng)處理后三臺(tái)主變壓器油色譜均恢復(fù)正常。

結(jié)論

電力變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，油中溶解氣體氫H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2的含量會(huì)迅速增加，而乙炔C2H2的產(chǎn)生多與變壓器內(nèi)部的放電性故障有關(guān)。

但是油色譜中僅出現(xiàn)C2H2含量，而其它組分含量無變化時(shí)，需綜合分析變壓器的歷史運(yùn)行檢修情況，如有載調(diào)壓變壓器中切換開關(guān)油室的油是否向變壓器主油箱滲漏，變壓器曾經(jīng)有過故障，而故障排除后絕緣油未經(jīng)徹底脫氣，部分殘余氣體仍留在油中，變壓器是否油箱進(jìn)行過帶油補(bǔ)焊，原注入的油是否就含有C2H2等，在排除歷史情況后多數(shù)是由有載分接開關(guān)油室的油向變壓器主油箱滲漏引起。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為胡發(fā)明。）