110kV变压器油色谱异常和故障的分析
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作者:吴伟
摘要：油色谱是反映变压器运转情况的晴雨表，通过对油色谱数值的具体分析，可以判断110kV的变压器是否存在故障问题。变压器的故障主要分为过热性故障、放电性故障以及受潮性故障三类。本文在了解油色谱操作条件和基本结构的基础上，通过绕组变形与直流电压的测试，采用三比值等测试方法，简要分析了其常见的异常和故障，并提出了与之适应的解决对策。
关键词：变压器;油色谱;故障
无励磁分接开关是变压器内部的重要元件，其构造简单、操作方便，在测试和检修环节往往得不到技术人员的重视。变压器是由油和纸构造而成绝缘物，气体里的隐形问题是由油或纸受热分解造成的。材料热解释放的气体与材料自身化学结構存在密切的关联。变压器绝缘油的化学成分为石油烃类，绝缘纸的化学成分则为纤维素。化学结构的不同主要是由化学键的不同造成的，化学键能高，代表着化学分子结构更加稳定。绝缘油受热分解气体的规律和原理为温度升高会使得分子密度增加，释放出大量的不饱和烃类气体。热解能量的温度增加的过程就是：烷烃、烯烃、炔烃、焦炭。不同的故障在释放的气体能量方面表现不同，可以根据释放的气体判断出故障的类型。局部放电会释放氢气;绝缘温度过热会释放甲烷和乙烯，随着温度上升到一定高度会产生乙炔;高能量放电即电弧放电会释放出大量的乙炔和氢气。研究110kV变压器的油色谱，找出产生异常和故障的原因，有助于判断电气设备的运转情况。
1 过热性故障
1.1 裸金属过热
裸金属过热指变压器自身携带的热量造成绝缘油分解。分接开关焊接不紧密会造成接触不良，从而引起铁芯多点接地或区域短路等一系列故障。油色谱气体的重要特性为，烃类气体增长，超过80%的总烃类。温度是产生气体的重要条件，甲烷含量随温度的降低而升高，而乙烯含量随着温度的升高而升高。往后，氢气以一定的速度增加，但低于烃类气体的增长水平。当故障点温度达到一定高度，会释放出乙炔，但其含量低于6%。
1.2 固体绝缘过热
变压器内部固体绝缘温度达到一定的数值，会刺激低分子烃类气体的生成，一段时间后会释放出一氧化碳和二氧化碳。
1.3 低温度过热
变压器使用寿命过长或处于负荷状态，使得固体绝缘大范围内出现低温度过热的现象，变压器的油色谱难以分解，会释放出一氧化碳。与此同时，根据固体绝缘的特性，由于处于低温状态，绝缘纸碳化速度加快，会产生二氧化碳。
2 放电性故障
2.1 高能量放电
高能量放电又称电弧放电，指变压器线圈层间绝缘击穿，电压温度急剧升高产生电弧，以及电容屏击穿产生电弧，出现闪络和放电现象。在这种情况下，气体的运动速度快，体量大。高能量放电会产生氢气（总烃20%～70%）与乙炔，随后释放出乙烯和甲烷。由于故障释放的能量较高，总烃类占比大，固体绝缘会产生大量的一氧化碳。
2.2 低能量放电
低能量放电又称火花放电，属于一类间歇重复性的放电现象。变压器核心元件里的芯板接地不良会产生悬浮式放电。芯板接触不良造成的放电现象产生较低的能量，主要释放乙炔和氢气，一段时间后释放乙烯与甲烷。在这种情况下，总烃类气体占比较低。
2.3 局部放电
带电体经常发生在悬浮带电体空间或者油浸纸绝缘气体悬浮带电体空间。根据放电气体的特性，会先后释放氢气和甲烷气体。局部放电的能量体量大、密度较高，也会产生少量乙炔，但其含量在2%以下。
3 受潮性故障
受潮性故障是110kV变压器的主要故障之一，主要指变压器设备内部受到潮湿，排除气隙绝缘中的水份与固体油产生反应的情况，受潮性故障往往释放氢气。水与铁会产生化学反应，即电解电场水，并释放大量的氢气。受潮性故障的结论为，氢气含量偏高可能反映出变压器受到潮湿。
3.1 油色谱异常数据
某变电站于2016新投入使用一台110kV变压器。由于风暴等恶劣天气的影响，变压器分接开关出现故障，绝缘油色谱的数据超出正常范围内，与往日数据偏差过大。技术检查人员发现，一块铝金属被风吹落在变压器设备上。侧C相导线由铝金属对内部气体取样出现铜管放电现象。因此，变压器分接开关自动跳闸，启动安全保护措施。全面测试得出结论，C波段的高电压绕组出现位置偏移和形态变异的故障，其他波段的高电压显示正常值。
3.2 色谱异常数据分析
在铝金属事件前，油色谱数值正常，代表变压器设备不存在故障。随后，被风吹落的铝金属触发了变压器的自动跳闸开关，此时油色谱数值超出正常范围内。根据三比值法，可以得出该故障为高能量放电（电弧放电）。线圈层间的闪络或短路往往造成箱体等设备元件接地放电。该事件后，变电站技术人员采取了保护预防措施，增加检验油色谱的频数，定期检查油色谱数据，直至数据恢复正常。对变压器油色谱进行长达半年的跟踪检测，观察主变压器绕组的形态。进行红外线测试，在最大负荷的条件下观察变压器油色谱的曲线是否正常。在一段时间的跟踪检测后，没有出现异常和故障，因此取消跟踪检测，同时保持对变压器的必要维护。
4 结语
三比值法是检查变压器油色谱故障常用的方法，采用三比值法可以保证数据的精确性，提高分析和判断故障的可靠性。三比值法属于微量分析方法，从微观角度分析数据的异常情况。根据绝缘材料的化学结构和特性，综合分析产生烃类气体的速率，并根据一氧化碳与二氧化碳含量的比例推断固体绝缘材料的类型，准确判断出变压器内部是否存在故障。在短时期内，电弧放电现象释放的气体是主变压器总烃类气体的主要组成成分，则不需要进行继续跟踪和检测分析。停工检查故障是一种较为安全的检查方法。色谱分析方法的适用性强，根据油色谱具体数据的情况，可以有效判断是否存在隐性故障并分析产生故障的原因。在不同的发展阶段，技术人员应该采用不同的分析方法，以适应故障或问题的实际情况。变压器的运行维护必须得到相关工作人员的高度重视，采取措施保证变压器的安全稳定运行。定期派遣专业技术人员前往现场检查变压器设备，分析变压器油色谱数据，积极预防故障的发生。
参考文献：
[1]谭志龙，等.电力用油（气）技术问答[M].北京：中国电力出版社，2006.
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