1變壓器油中溶解氣體的主要來源

變壓器是電力系統(tǒng)中不可或缺的重要電氣設備之一,變壓器油以其自身所具備的優(yōu)良性能和低廉的價格,成為大部分電力變壓器的絕緣和冷卻介質。通常情況下,變壓器正式投運前需要注入變壓器油,而在變壓器油尚未注入變壓器時,部分溶解氣體便已經存在,如H2(氫氣)、CH4(甲烷)等。可將變壓器油中溶解氣體的來源歸納為以下幾個方面:

1.1來自于大氣

變壓器油是石油類液體,加工時通常會與生產環(huán)境中的大氣接觸,此過程中,油液會吸收一定量的空氣。另外,在后續(xù)的儲運環(huán)節(jié)中,油液也會或多或少地吸收空氣。而變壓器油中的溶解氣體則是吸收了大氣中的o2(氧氣)和N2(氮氣)。

1.2絕緣油分解

絕緣油是由許多不同碳氫化合物分子組成的混合物,電或熱故障可使其中某些C二H鍵或C二C鍵斷裂,并有少量氫原子和不穩(wěn)定的碳氫化合物的自由基伴隨產生。這些自由基和氫原子等經過復雜的化學反應重新生成氫氣和烴類物質,如甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等。

1.3固體絕緣材料分解

從電力變壓器結構上看,固體絕緣材料是不可或缺的重要部分,其主要成分是纖維素,熱穩(wěn)定性比油中的碳氫鍵弱。在電、熱、水分、氧等作用下,纖維素裂解、氧化、水解,生成Co、Co2、水、烴類物質、哄喃化合物等,會對變壓器的運行性能造成不良影響。

2變壓器故障診斷中的油色譜分析法

變壓器在運行過程中受到諸多因素的影響,常會發(fā)生各種故障。在對變壓器故障進行檢測時,采用電氣試驗只能發(fā)現(xiàn)局部故障和發(fā)熱缺陷等問題。而通過對變壓器油中的氣體進行色譜分析,能對變壓器中潛在的故障及其未來可能的發(fā)展程度進行診斷。正因如此,油色譜分析在變壓器故障診斷中得到了廣泛應用。

2.1油色譜分析法的基本原理

變壓器油中烴類氣體的產生速率主要與溫度有關,當溫度達到某個特定值后,變壓器中某種氣體的產生率就會隨之出現(xiàn)最大值,油色譜分析基于的就是這一原理。相關研究表明,在溫度升高后,變壓器油中產氣率最大的是甲烷,乙烷次之,再次是乙烯和乙炔,由此可見,變壓器故障溫度與變壓器油中溶解氣體的含量存在對應關系。

2.2故障特征氣體

變壓器運行中,局部過熱、放電是較為常見的故障現(xiàn)象,此類故障的主要表現(xiàn)之一就是產生故障特征氣體。當變壓器

正常運行時,變壓器油、固體絕緣材料均會隨著時間的推移而發(fā)生老化及變質,同時還會分解出少量氣體。而變壓器發(fā)生過熱、放電等故障或是絕緣受潮時,變壓器油中氣體的含量會快速增加。變壓器不同類型的故障產生的氣體成分有所區(qū)別,詳情如表1所示。

3變壓器油中溶解氣體含量突增的故障診斷實例

3.1實例一

3.1.1問題概況

某電廠為了滿足生產需要,投入一臺全新的110kV變壓器,該變壓器正式投運的時間為2018年8月10日。變壓器投運時,所有的參數(shù)全部為正常值,但在運行4天后,根據現(xiàn)行規(guī)范標準的規(guī)定要求,對該變壓器進行油色譜分析時發(fā)現(xiàn),變壓器油中的H2含量突然增大,且超過限值。隨后,對該變壓器進行連續(xù)3天的監(jiān)測,油中H2的含量不斷增大,但其他特征氣體的含量卻并未發(fā)生太大的變化,全部維持在限值允許范圍內。為保險起見,檢修班組于8月18日對該變壓器進行了斷電檢修,但所有的試驗結果均顯示為正常。隨后采用真空脫氣的方式對變壓器油進行處理,于8月21日重新投入運行,并對其進行跟蹤檢測。8月30日,該變壓器的H2含量再次增大,超過限值。

3.1.2H2含量突增的原因分析

查閱相關文獻后發(fā)現(xiàn),導致變壓器油中H2含量增大的原因主要有以下幾個方面:

(1)故障部位的溫度超高,受到高溫作用的影響,油發(fā)生裂解,進而產生H2。在這種情況下,變壓器油中其他烴類的含量也會隨之增加。

(2)變壓器油中所含的水分與Fe發(fā)生化學反應,從而產生H2。

(3)某些材料中含有鎳(催化劑),受到電場的作用,變壓器油中的部分烴類會出現(xiàn)脫氫反應,反應產物為H2。

該例中,只有H2的含量增大得比較明顯,而其他氣體含量并未出現(xiàn)較為顯著的變化。結合上述原因分析,可以排除高溫引起變壓器油裂解的可能性。進一步分析后,得出如下結論:該變壓器油中H2突增是脫氫反應所致,之所以會發(fā)生脫氫反應,可能與變壓器制造過程中使用的材料有關。維修部門與該變壓器的生產廠家取得聯(lián)系,經過詢問之后,確認該變壓器制造時采用了一種新型的鋼材,因此該變壓器本身并無任何故障問題。

3.2實例二

3.2.1問題概況

某供電公司轄區(qū)內一座220kV變電站的主變在一年內出現(xiàn)了兩次變壓器油中溶解氣體突增的情況,首次出現(xiàn)的時間為2017年8月9日,在進行常規(guī)油色譜分析時發(fā)現(xiàn)變壓器油中的乙炔含量突增,隨后維修部門連續(xù)7天進行了檢測,結果發(fā)現(xiàn),該變壓器油中的乙炔含量不斷增長,超過規(guī)范標準的規(guī)定要求。而在檢測過程中,變壓器油中其他氣體的含量基本維持在穩(wěn)定狀態(tài),未出現(xiàn)較大變化。第二次氣體含量突增現(xiàn)象發(fā)生在2018年2月4日一10日這段時間,除C0和C02之外,其余氣體含量均發(fā)生突變,其中H2和C2H2的增幅最大,前者達到80.57μL/L,后者達到23.66μL/L。

3.2.2故障診斷

對該變壓器進行油色譜試驗和絕緣試驗,經過分析后發(fā)現(xiàn),導致色譜超標的主要原因是變壓器內部瞬時放電造成油分解。由于C0和C02并未發(fā)生明顯變化,且絕緣試驗的所有數(shù)據均為正常值,因此判斷氣體突增與絕緣材料無關,可能是因為外部電壓增大,使變壓器內部出現(xiàn)瞬時放電,引起絕緣油分解,致使溶解氣體組分增長,最終造成C2H2突增。初步判斷原因之后,對該變壓器進行吊罩檢查,結果發(fā)現(xiàn)在繞組外層絕緣板上有明顯的放電痕跡,同時發(fā)現(xiàn)調壓繞組引線夾下有一塊橡膠條,經過全面檢查后發(fā)現(xiàn),該橡膠條為密封墊上的一部分,可能是安裝時位置偏移,在剪切力的作用下,橡膠條從密封墊上被截下。在變壓器振動的作用下,橡膠條落到木架上,并不斷靠近絕緣板,進而引起放電。找到故障原因后,去除橡膠條,并將變壓器重新裝好,投入運行,經過為期6個月的觀察,未再次出現(xiàn)溶解氣體突增的現(xiàn)象。

4結語

綜上所述,當變壓器油中溶解氣體的含量突然增大時,說明變壓器出現(xiàn)故障,此時應當采取油色譜分析的方法,對變壓器油進行檢測,根據檢測結果,判斷導致溶解氣體含量增大的原因,進而采取相應的措施進行處理,消除故障,使變壓器恢復正常運行,這對于提高變壓器的運行安全性和穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實意義。