某电厂主变压器油色谱数据超标的分析与处理

陈 瑞，李德志，张希希，兰 柏，汪波涛

（1.国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161；2.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南省郑州市 450052）

某电厂主变压器油色谱数据超标的分析与处理

陈 瑞1，李德志2，张希希2，兰 柏1，汪波涛1

（1.国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161；2.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南省郑州市 450052）

本文介绍了利用油中溶解气体分析进行变压器故障识别和故障类型判断的方法，并阐述了该方法在大型电力变压器故障诊断中应用的案例。

变压器；油中溶解气体分析；铁芯；过热

0 引言

当发生过热、放电和受潮等故障时，充油电气设备内的绝缘油、纸等材料老化、分解产生H2、各种烃类及CO、CO2等气体。油中气体的组成和含量与故障的类型及严重程度密切相关。取这些气体作为故障分析的特征气体，进行色谱分析，并结合电气试验排查的方法，是开展大型电力变压器故障诊断和预测的一个重要手段。[1-3]

1 故障的识别

1.1 特征气体

特征气体包括 ：H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2共 7个组分，总烃（∑）为CH4、C2H6、C2H4和C2H2共4种气体之和。

1.2 油中溶解气体含量注意值

根据电力行业标准DL/T 722—2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》[4]（以下简称《导则》），运行中变压器油中溶解气体含量注意值见表1，当超过表1所列数值时，应引起注意。

表1 运行中变压器油中溶解气体含量注意值

1.3 气体增长率注意值

气体含量注意值不是划分设备内部有无故障的唯一判断依据。若设备因某些原因使气体含量基值较高超过注意值，但长期稳定，不能断定为故障；若气体含量未超过注意值，但增长迅速，也应引起注意。因此，考查产气速率对反映故障的存在、严重程度及其发展趋势有更加直接和明显的作用，可以进一步确定故障的有无及性质。运行中变压器油中溶解气体绝对产期速率注意值见表2。

表2 运行中变压器油中溶解气体绝对产期速率注意值

2 故障类型的判断

依据《导则》，三比值法为判断充油电气设备故障类型的主要方法。

三比值法利用5种气体（H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）三对比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6）的编码组合来进行故障类型判断，一般在特征气体含量超过注意值后使用。表3和表4给出了编码规则和故障类型判断方法。

表3 三比值法编码规则

表4 故障类型判断方法

3 某大型电力变压器故障诊断案例

3.1 设备主要参数及故障描述

该变压器自2012年11月投运以来，运行正常。设备参数见表5。

表5 设备参数

2014年5月19日，该变压器色谱分析总烃超过注意值，产气速率接近20%。色谱数据显示该变压器异常，具体数据见表6。

表6 油中溶解气体含量 µL/L

3.2 初步分析

（1）色谱三比值为022，初步判断变压器内部存在高温过热性故障。

（2）一氧化碳、二氧化碳含量基本保持不变，故障部位未涉及固体绝缘。

（3）红外测温数据无异常，排除套管端部、油箱表面等部位过热型故障。

（4）切换投运潜油泵，未发现色谱分析结果有明显变化，排除潜油泵烧损故障。

（5）结合日负荷曲线，发现总烃增长速率并未随负荷变化而变化。因此磁路故障可能性最大。

（6）铁芯接地方式较为特殊，为铁芯经器身下定位钉直接接地，无法测量铁芯及夹件接地电流。因此，无法排除铁芯是否存在多点接地。

3.3 现场检查

3.3.1 内部检查

5月22日，主变压器停电检修。对变压器进行了常规检查试验项目：绕组直流电阻、绝缘电阻、铁芯及夹件绝缘电阻、套管介质损耗、本体介质损耗试验等，试验结果均未发现异常。根据检查、试验结果，排除电路和附件故障，锁定为磁路故障。5月27日，开始变压器内部检查。检查发现如下问题：

（1）高压侧V相下定位钉钢垫片有明显放电痕迹，如图1所示。

图1 高压侧V相下定位钉烧蚀情况

器身下定位钉夹件以及垫圈有灼烧痕迹，应为螺栓松动造成悬浮电位引起的小的火花放电所致。而火花放电不会引起总烃快速增长，且总烃绝对值较小，与色谱分析结果过热性故障不符合。因此，此项问题不是本次故障的主要原因。

（2）低压侧V相铁芯拉板螺栓锁片有发黄、过热现象，如图2所示。

图2 低压侧V相铁芯拉板螺栓锁片过热点

低压侧V相铁芯拉板下部螺栓锁片烧蚀，为过热故障导致，与色谱分析结果为高温磁路过热性故障一致。说明磁路存在内部环流，可能为铁芯轻微片间短路、磁路轻微漏磁、铁芯多点接地导致。

3.3.2 吊罩检查

为进一步查找故障点，决定对变压器现场吊罩，进行全面检查。检查结果如下：

（1）油箱磁屏蔽良好，铁芯上断面无附着碳化物、金属氧化物，铁芯油道未见明显异常（经内窥镜检查），潜油泵直流电阻及绝缘电阻正常，分接开关引线及触头无松动或过热痕迹。

（2）再次发现铁芯拉板紧固件螺栓压板多处烧蚀，如图3所示。

（3）检查发现该主变压器铁芯接地设计较为特殊，为通过器身下定位钉直接接地。器身下定位钉兼顾铁芯紧固和接地功能，且此种螺栓有8处，可能形成铁芯多点接地，造成内部环流。

图3 铁芯拉板螺栓锁片烧蚀情况

3.3.3 结果分析

针对该变压器铁芯接地设计存在铁芯多点接地的风险，经多方讨论，决定该变压器返厂大修。

（1）返厂解体检查，重点检查磁路：①铁芯片间绝缘及油道间绝缘检查；②检查每组磁屏蔽接地情况及磁屏蔽是否有片间短路；③铁芯及夹件有无多点接地。

（2）对铁芯接地方式改造：仅保留一个器身下定位钉接地，其他均改造为绝缘螺栓和垫片，确保铁芯一点接地。

3.4 返厂大修

（1）经返厂解体检查，确认铁芯片间绝缘及油道间绝缘正常；磁屏蔽接地良好，磁屏蔽不存在片间短路现场。

（2）发现铁芯夹件A旁柱接触面、C旁柱接触面、C柱接触面多处过热点，如图4所示。

图2～图4过热点，均应为铁芯内部环流在接触电阻较大处发热所致。故障排查至此，已确认多个器身下定位钉直接接地引起的铁芯多点接地是造成此次过热性故障的主因。建议立即对铁芯接地方式进行改造。

图4 铁芯夹件接触面过热点

3.5 处理情况

（1）将螺母、垫圈烧伤痕迹处打磨平整清理干净。

（2）更换烧蚀的铁芯拉板下部螺栓锁片。

（3）对铁芯接地方式改造，仅保留一个器身下定位钉接地，其他均改造为绝缘螺栓和垫片，确保铁芯一点接地。将铁芯接地和夹件接地分别引出，便于运行中及时监测接地电流。

（4）变压器组装后，进行全面出厂试验；现场安装完毕后，按照新变压器进行交接试验；投运后第1天、4天、10天、30天各做一次油色谱分析。上述试验均未发现异常。

至此，故障终于得到彻底消除。变压器投运至今，运行正常。

4 结论及建议

（1）油中溶解气体分析是及时发现变压器故障和故障诊断的最有效方法，但对于具体故障位置的定位，需结合相关运行情况、电气试验等进行逻辑排除和综合判断。

（2）应加强变压器油色谱跟踪工作，特别是新投运或大修后的主变投运后，色谱分析周期应严格执行《导则》的规定。

（3）建议对主变压器安装色谱在线监测装置，以利于实时对变压器绝缘情况进行监测。

[1] 李德志.电力变压器油色谱分析及故障诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2013.

[2] 操敦奎.变压器油色谱分析与故障诊断[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3] 孟玉婵.油中溶解气体分析及变压器故障诊断[M].北京：中国电力出版社，2012.

[4] 国家能源局. DL/T 722-2014 变压器油中溶解气体分析和判断导则. 北京：中国电力出版社，2014.

陈 瑞（1981—），女，硕士研究生，高级工程师，主要从事电气一次设备状态评价及故障诊断工作。E-mail:chenrui0705@126.com

李德志（1957—），男，学士，高级工程师，主要从事油色谱分析及故障诊断工作。

张希希（1987—），女，学士，助理工程师，主要从事油色谱试验分析工作。

Analysis and Treatment on Exceeding of GCA Data of the Main Transformer of a Power Plant

CHEN Rui1, LI Dezhi2, ZHANG Xixi2, LAN Bo1, WANG Botao1
（1. State Grid Xinyuan Company Ltd. Technology Center,Beijing 10061, China；2. State Grid Henan Electric Power Research Institue., Zhengzhou 450052, China）

This paper introduces the method of fault diagnosis of power transformer. Based on this method, the paper analyses the fault of the transformer in a power plant.

transformer; dissolved gas analysis; iron core;overheat