分析充油设备油中气体判断设备故障部位的探讨

分析充油设备油中气体判断设备故障部位的探讨

董航

（内蒙古东部电力有限公司检修分公司028000）

摘要：利用溶解气体分析法诊断充油电气设备内部潜伏故障是一项重要监督手段。按照”变压器油中溶解气体分析和判断导则”来判断设备运行状况，可以准确的判断设备是否存在故障。但是对于设备故障的具体部位以及故障性质或严重程度在分析结论中如何把握，则不易诊断，如果只提出存在故障而大致部位不够明确必将给停电检查带来难度，也将给领导做出决策带来不确定性。

本文对运行中油中溶解气体含量异常时的数据如何进行分析，如何判断设备类型、故障大致部位提出综合的处理建议，在实际中发生的设备故障举例说明，供探讨。

关键词：分析；产气特点；判断；故障部位；实例分析

1.充油电气设备故障易发生的部位及其产气特点

1.1连接点过热

根据多年的实践数据统计，故障发生最多的是连接点过热，可占故障量的80%以上。连接点过热常见的部位有四种：一是分接开关故障，当触簧或压簧片弹性不够或动触头和定触头接触不到位时就会产生欧姆发热及火花放电。二是常发生在套管尾部的引线连接处，多是因压紧螺母松动而引起欧姆发热及火花放电的。三是铁芯多点接地，当由于各种原因出现多余的接地点时，这种接地点必然接触不良而产生欧姆发热及火花放电，或形成环流回路发热。四是引线连接不良时也会产生发热甚至产生火花，因为以过热为主，连接点过热的特征气体主要会有较多的乙烯及氢﹑乙烷﹑甲烷等。因有火花放电所以会有乙炔，但是不占主要成分。

1.2局部过热故障

当设备结构设计不合理或制造工艺﹑检修质量有问题时会出现不同程度的过热型故障特征。铁芯故障所产生的气体主要是乙烯﹑甲烷﹑乙烷和氢，一般无乙炔。

1.3低温过热

一般常因油路设计不合理﹑散热方式不良或过负荷运行而产生。产生气体的速度可随着环境温度下降﹑负荷降低而减慢。其主要特征是总烃在150-500微升/升之间，无乙炔，但一氧化碳及二氧化碳含量较高，并且CO/CO2比值越大，过热温度越高。从油的脱气量上也会反应出，随着过热点温度的提高，老化加速，油中溶解的气体比例会逐渐增大，脱气量增加，逐渐达到饱和量10%，而后产生游离气体进入瓦斯继电器。一般低温过热CO2/CO比值小于3，正常老化CO2/CO比值大于7。在诊断中，可以从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值，以确定故障是否涉及到了固体绝缘。

1.4电弧放电

电弧性放电包括匝间﹑层间线圈短路击空，引线断线故障其产生的气体主要是乙炔，可达200微升/升以上，并有含量很高的氢产生，乙烯等气体占有较高的比例，但不占主要成分。这类故障一旦发生，会使轻﹑重瓦斯保护同时动作，气体继电器中的特征气体含量很高。常把这类故障称为突发性故障，这类故障先兆不明显，色谱分析也很难预测，只能起到故障发生后的判明作用。

1.5火花放电

火花放电是一种间歇性的放电故障，一般多发生在互感器中，变压器、套管中均有发生。多发生在不同点位的导体与导体，绝缘体与绝缘体之间以及不固定点位的悬浮体间。如铁芯片间、无载分解开关、套管均压球、螺母松动等造成接触不良悬浮放电，其产生的气体以乙炔为主。

1.6电晕放电

多发生在充油套管，多是因进水受潮或电容屏尺寸不对﹑卷制不紧有皱纹和气泡等制造工艺较差的套管，其主要产生的气体是甲烷和氢。

1.7变压器受潮

水分和潮湿空气侵入设备会导致绝缘油和绝缘材料性能的降低。受潮的特征气体是氢气单纯较高。

2.异常设备的分析判断、部位的确定

确诊设备内部存在故障时，首先要排除非故障产生的可能性。例如，带油补焊；故障大修滤油后绝缘材料吸咐的故障气体组分回溶；设备受潮或进水；在对故障进行综合分析，判明故障存在及性质、部位、发展趋势等情况的基础上，提出应采取的处理措施。

2.1故障严重程度及发展趋势诊断

掌握故障严重程度就必须考察故障点的产气速率，产气速率与故障消耗的能量大小、故障部位和故障点的温度等情况有直接的关系。计算故障产气速率可以对故障的严重性做出估计。

①绝对产气速率按下式计算

γa=（Ci2-Ci1）/Δt*m/ρ

式中γa——绝对产气速率，mL/d

Ci1——第一次测得油中组分i1气体浓度，μL/L

Ci2——第二次测得油中组分i2烃气体浓度，μL/L

Δt——两次取样时间间隔中的实际运行时间，d

M——设备总油重，t

ρ——油的密度，t/m3

②相对产气速率按下式计算

γr（%）=（Ci2-Ci1）/Ci1*1/Δt

式中γr——相对产气速率，%/月

Ci1——第一次测得油中组分i1气体浓度，μL/L

Ci2——第二次测得油中组分i2烃气体浓度，μL/L

Δt——两次取样时间间隔中的实际运行时间，月

绝对产气速率表示法能直接反应出故障性质和发展程度。不同设备的绝对产气速率具有可比性，不同性质故障的绝对产气速率也有其独特性。相对产气速率对同一设备油中产气速率前后对比，能看出故障的发展趋势。如果气体继电器中聚集有游离气体时，往往反映为故障向更严重的程度发展，应使用平衡判据。即比较油中溶解气体与游离气体的浓度，如果气体继电器内的气体浓度明显超过油中溶解气体浓度，说明设备内部存在产生气体较快的故障，当K>3，说明设备故障较严重。

2.2故障类型的诊断方法通常使用特征气体法和三比值法。特征气体法是以不同故障类型产生不同的特征气体，由此推断出设备的故障类型，从中找出故障的大体部位。方法一，是根据对各类大型变压器的诊断和检查结果进行比较、分析，归纳出典型特征气体中主要成分与异常情况的关系，。方法二，当故障涉及固体绝缘时，会引起CO和CO2含量及比值的明显增加和改变，CO2/CO<3。使用三比值法诊断中有时气体的比值会发生变化，可能有新的故障重叠在一起，因此要不断的考察气体比值的变化，区分故障性质、部位、严重程度。要不断的积累经验，以准确的进行判断。

2.3故障状况的诊断。是进一步掌握故障点的特点，可以考察故障源的温度，故障源的功率等，

来达到确定故障部位的目的。

①热点温度估算。变压器油裂解后的产物与温度有关，温度不同产生的特征气体也不同；反之，如已知故障情况下油中产生的有关各种气体浓度，可以估算出故障源的温度。如变压器高于400度过热时，可以根据日本月冈淑郎推荐的经验公式来估算，即

T=322lg{C2H4/C2H6}+525

IEC标准指出，若CO2/CO的比值低于3或高于11，则认为可能存在纤维素分解故障，当涉及固体绝缘裂解时（如导线过热）绝缘纸热点的温度在300度以上时经验公式如下：

T=-1196lg{CO2/CO}+525

②故障源的功率估算。如果已知单位故障时间内的产气量，则可以根据下面公式进行计算

P=Q1r/εH

式中Q1————理论热值，9.38KJ；

R——故障时间内的产气量，L；

ε——热解效率系数；

H——故障持续时间，S

ε值给定公式：

局部放电ε=1.27*10-3

铁心局部过热ε=100.00988T-9.7

线圈层间短路ε=100.00686T-5.83

式中T——热点温度，℃

2.4故障点部位确定

变压器油中气体分析技术的最大不足之处是不能准确判定故障具体部位。但是在实际工作中通过上述的故障点的特性、产气特点、故障性质、热点温度和故障源的功率的变化可以大体上推断出故障大致部位。利用两种方法确定是导电回路还是磁回路，一是，将设备空载运行，如果可燃气体不断快速增长，认为故障在磁路，反之在电路。二是，根据导电回路和磁回路产气特征的某些差异来推断故障点是在导电回路还是在磁路部分。

3.故障实例分析

3.1过热故障分析。某变电站500千伏科沙2号线电抗器B相过热故障的分析诊断。电抗器是三相分体式，型号是BKD-50000/500，容量50000千伏法，油量19吨，是特变电工沈阳变压器公司生产。电抗器于2008年6月6日投运，投运初期色谱数据正常，运行5个月后油中总烃明显增长，总烃、甲烷、乙烯、乙炔气体，氢气都有不同程度的增长，一氧化碳、二氧化碳没有变化。分析数据请见表一。

色谱分析数据表一：

分析过程：

⑴采用IEC三比值法判断故障性质。从表一08年11月11日至12月29日的数据计算出特征气体比值，确定其编码。三比值编码始终为0、0（1）、2，分析认为内部存在高温过热故障。

⑵采用特征气体法判断设备故障类型，甲烷和乙烯占总烃主要成份，说明设备存在过热故障，油中氢和乙炔的升高，说明设备热点的温度较高，伴随有放电现象，一氧化碳和二氧化碳未增长说明设备过热点不涉及固体绝缘，故障点在裸金属部分。

⑶计算总烃绝对产气速率。

γa=（Ci2-Ci1）/Δt*m/ρ=26.2ml/d（注意值12ml/d）

⑷热点温度估算，根据日本月冈淑郎推荐的经验公式来估算。

T=322lg{C2H4/C2H6}+525=760度

⑸通过对总烃绝对产气速率考察，绝对产气速率26.2ml/d，认为设备存在过热故障，热点温度为760度左右，根据导电回路和磁回路产气特征，乙烯的产气速率往往高于甲烷的产气速率，乙炔含量比磁回路故障相对大，判断为导电回路，决定提出处理意见。

⑹提出处理建议，于2008年11月15日提出电抗器停止运行，进行绝缘试验及设备吊芯检查。

⑺吊罩检查结果，该电抗器于2009年1月5日进行了电抗器吊罩，绝缘试验正常。检查发现：①500KV高压套管引线下部接点处连接用的螺杆3个有不同程度的永久烧损痕迹；②铜杆两侧的金属锻面中间部份有烧黑的痕迹，第三个孔有明显的永久烧损痕迹。从检查结果分析，可燃气体产生原因是铜棒连接处松动造成锻面接触不良而过热所致，螺杆松动造成放电。

请看套管内部高压引线连接用的螺杆和引线铜杆烧损照片：

4.结束语

最后应指出，对于不同性质或不同程度的故障准确判定故障具体部位以及在分析结论中准确提出处理意见，需要不断的经验积累，根据油中气体分析结果认为存在内部故障时，还应结合绝缘试验、油质试验结果和设备的运行、检修情况等进行综合分析判断，最后作出结论。

参考文献：

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

[2]中华人民共和国电力行业标准.DL/T722-2014［S］变压器油中溶解气体分析和判断导则.国家能源局，北京：2014.

[3]中国标准出版社.［S］电力用油、气标准汇编.中国标准出版社，北京：2015-01.

作者简介：

董航（1970.2.19）.女（汉族），通辽市，蒙东检修公司变电运检中心，职称：高级工程师：研究方向：变电检修