探究三比值法在变压器故障判断中的应用

探究三比值法在变压器故障判断中的应用

潘平东

（广东电网有限责任公司佛山供电局广东佛山528300）

摘要：变压器作为电力系统中的重要设备之一，其运行性能直接影响着电力系统的安全，正确判断变压器的运行状态很重要，本文采用三比值法判断变压器故障的工程实例，探究采用三比值法判断变压器内部故障的方法。

关键词：变压器；三比值；故障判断

一、概述

变压器的内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等类型。电弧放电以绕组匝、层间绝缘击穿为主，其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障。变压器出现故障时，绝缘油裂解产生气体，由于气体的扩散，使绝缘油在故障变压器内不同部位所含气体各特征气体浓度不同。用三比值法判断变压器内部故障，可以直接从绝缘油中分析各特征气体浓度的大小来确定变压器内部是否有故障。油中各种气体成分可以从变压器中取油样经脱气后用油色谱仪分析得出，根据特征气体的含量、特征、油色谱和产气速率等方法判断变压器内部故障。

二、特征气体三比值与变压器内部故障的关系

1、根据气体含量分析判断

变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化变质，并分解出极少量的气体，主要包括氢H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等气体。当变压器内部发生过热性故障、放电性故障或内部绝缘受潮时，这些特征气体的含量会迅速增加。变压器内部故障时产生的气体及其产生的原因见表1。这些气体大部分溶解在绝缘油中，少部分上升至绝缘油表面，并进入瓦斯继电器。

表1特征气体产生的原因

2、根据气体含量三比值分析判断

电力设备预防性试验规程DL/T596-1996列出油中溶解气体含量的注意值见表2。特征气体浓度超过注意值，要用三比值法进行分析。通过计算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6，并将这些比值以不同的编码表示，把三对比值换算成对应的编码组，查表得出故障类型和故障性质。当总烃含量超过正常值，计算C2H2/C2H4比值小于0.1时为过热性故障，大于0.1时为放电性故障。计算C2H4/C2H6的比值可确定故障类型，比值小于1时为低温过热，大于1小于3时为中温过热，大于3时为高温过热故障。计算CH4/H2的比值可确定是纯放电还是放电兼过热故障，比值小于1为放电故障，大于1为放电兼过热故障。

电路故障和磁路故障的产气特征有差异。如果故障在导电回路，往往产有C2H2，且含量较高，C2H4/C2H6比值也较高，C2H4的产气速率往往高于CH4的产气速率。磁路故障一般无C2H2，或者只有微量(一般只占氢烃总量的2％以下)，而且C2H4/C2H6的比值较小，一般在6以下。

表2规程中对油中溶解气体含量的注意值

三、变压器电弧放电性故障的判断实例

1、油色谱分析判断

广东电网某局220kV主变在2017年4月21日的例行检查，油色谱分析发现油中含有乙炔2.4μL/L，总烃达到134.6μL/L，特征气体出现明显增长，但未超注意值，决定继续跟踪。一直监测到2018年5月4日，乙炔一直趋于稳定，乙炔含量在2.2μL/L左右，但总烃一直在增长，达到248.6μL/L，也趋于稳定。

到2018年6月29日，乙炔突然快速增长到4.5μL/L，总烃达到415.2μL/L，远超注意值。到2018年7月12日，乙炔达到6.6μL/L，总烃达到649μL/L。但在这个过程中，一氧化碳和二氧化碳一直稳定，没有明显变化。油色谱分析数据如下表3

表3220kV大良站#2主变压器油色谱分析数据

2、用三比值法进行故障判断

1).按照GB7252-87《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的三比值法：C2H2/C2H4=6.6/416.1=0.0158，编码为0；CH4/H2=176.6/109.7=1.6;编码为2；C2H4/C2H6=416.1/49.7=8.3;编码为2。组合编码为0，2，2，对应的故障性质为主变压器内部有高于700℃的高温过热故障。

2).在试验的误差范围内，油中的CO及CO2含量并未发生明显变化，若发热部位涉及绕组的纸绝缘，油中CO及CO2的含量会迅速增加，所以初步判断发热部位为裸金属高温过热。

根据分析，结合变压器内部结构，基本可以排除变压器绕组故障的可能，变压器内部能产生700℃以上高温的裸金属过热的点，也就是铁心多点接地或局部短路；磁通集中引起的铁心局部过热；分接开关引线接头接触不良；铁心和外壳产生涡流；低压引线与套管铜掌接触不良。但由于这台变压器是偶发性故障，基本可以排除磁通集中引起的铁心局部过热，及铁心和外壳产生涡流，这两项故障如果存在，就会是常态性的，变压器一投运，故障就存在，这显然不是这台变压器的故障表现。

3、电气试验

另外通过直流电阻测试，中，低压的直流电阻比较稳定，没有发现异常。高压侧直流电阻在正分接时，B相直流电阻与A、C两相的直流电阻明显存在差异，数值比其它两相都大，其数值见表4。

表4直流电阻电气试验结果

但多次转动分接开关后，B相直流电阻又恢复正常，数值在合格范围内，说明有载调压开关存在接触不稳定情况，另外，通过油色谱数据和变压器负荷情况结合分析，发现油色谱的特征气体随着变压器负荷上升增加明显，说明接触部位的故障特征更加明显，通过以上分析，变压器有载调压开关是油色谱数据异常的重点怀疑对象，决定变压器回厂解体检查。

4、返厂检查

通过变压器入厂解体检查，发现有载调压开关B相存在故障点，故障点位于极性分接选择器B相K线头(也就是高压线圈的尾线)连接开关的定触头和极性分接选择器连接正极性时的动触头的耦合位置，定触头为圆柱形，整个定触头的圆柱面在接触部位都存在过热痕迹，银色的圆柱面烧灰烧黑。

四、结束语

经验证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关。《DL/T596-2010电力设备预防性试验规程》中，已将变压器油的气体色谱分析放到了首要位置，得到广泛应用。在用气体色谱分析结果出现异常的情况下，三比值法分析作为一种重要的辅助手段，能较准确的做出故障分析、判断故障类型、性质以及严重程度，能及时定位变压器故障位置。为变压器的故障分析提供有力的依据。

参考文献

[1]DL/T596-2010电力设备预防性试验规程.

[2]DL/T722-2000变压器油中溶解气体分析和判断导则.

[3]王昌长，李福琪，电力设备的在线监测与故障诊断，清华大学出版社，1996.