一起110 kV变压器油中乙炔异常增大的分析与处理

杨嘉晨，汤向华，许周宁，赵 新

（国网海门市供电公司，江苏 海门226100）

乙炔是在高温（800～1200℃）油发生热解的反应产物，正常运行情况下变压器油中很少会出现乙炔。因此，乙炔成为变压器是否发生放电故障的重要依据，电力部门对乙炔含量的重视程度非常高。本文介绍了一台主变乙炔含量异常增大的原因分析及诊断的案例，为今后出现类似现象提供一些参考。

1 设备简介和异常情况

该台主变型号SZ10-63000/110，2008年10月31日出厂，2009年12月投运。

2020年3月10日在对一台110 kV主变进行半年油例行分析时，发现油中含有乙炔气体，含量为3.55μL/L，3月24日再次进行色谱化验，乙炔含量增至4.26μL/L。查阅2018年该台主变3、9月油色谱分析数据乙炔含量均为0。虽未超标准值，但此次乙炔的突然异常增大引起了重视。具体油色谱跟踪数据，如表1所示。

表1 油色谱跟踪数据 μL/L

2 原因分析

2.1 诊断依据

根据变压器油中溶解气体测定结果进行的故障诊断，主要基于以下依据实现[1]：

变压器运行时，内部绝缘油和有机固体绝缘材料，在电场、热、氧等作用下，逐渐老化和分解，产生一些非气态的劣化产物、氢、各种低分子烃类气体及一氧化碳、二氧化碳等，这些气体溶于油中，饱和后便从油中析出[2]。因此故障设备油中的特征气体含量要高于正常设备。故油中特征气体的累积程度，即特征气体含量的大小是判断设备内部是否存在故障及故障严重程度的一个依据。运行中220 kV及以下变压器油中溶解气体含量注意值如表2所示。

表2 溶解气体含量注意值 μL/L

发生故障时特征气体的产气速率与正常时不一样，该速率与故障能量大小、故障点温度以及故障涉及的范围有直接的关系[3]。所以发生故障时计算故障特征气体的产气速率对故障的判别有很大的作用。

绝对产气速率，即每运行日产生某种气体的平均值，按下式计算[4]：

式中：γa为绝对产气速率，mL/d；Ci,2为第二次取样测得油中某气体浓度，μL/L；Ci,1为第一次取样测得油中某气体浓度，μL/L；Δt为二次取样时间间隔中的实际运行时间，d；m为设备总油量，t；ρ为油的密度，t/m³。

变压器绝对产气速率注意值，如表3所示。

表3 变压器绝对产气速率注意值 mL/d

不同的故障类型产生的特征气体不同，具体如表4所示。

表4 不同故障类型产生的主要、次要特征气体

故障下产气的特征性是判断故障类型的一个依据[5]。常用的特征气体法和三比值法，就是根据故障下产气的特征性总结出来用于判断故障性质的方法。

因主变油中特征气体未超过标准DL/T 722—2001《变压器油中气体判断导则》中规定运行注意值，通过计算乙炔的绝对产气速率远小于0.2 mL/d的注意值，所以可以边排查故障点边跟踪运行。

2.2 色谱数据分析

针对油色谱数据，分析如下：

油中特征气体乙炔含量不高，证明变压器内部发生电弧放电现象，但放电能量小。

故障点达150℃，便产生氢气、甲烷气体。油中特征气体氢气、甲烷、乙烯、乙烷含量不高，且增长缓慢。证明变压器内部未发生过热故障。

油中特征气体CO2含量变化不大，绝对产气速率远小于200 mL/d的注意值。而纸绝缘裂解会生成大量的CO和CO2及少量烃类气体[6]。证明变压器内部只发生裸电极电弧放电现象，没有发生纸绝缘裂解，因此基于上述分析判断：此次主变油中乙炔含量升高可以排除线圈故障，是裸电极间断的电弧放电、能量低、不带有纸绝缘材料的放电。

2.3 故障甄别

结合主变和组件结构分析，哪些情况可能产生上述状况，分析如下：

套管内部存在悬浮放电，COT550型高压套管此前多次发生问题。可能存在导电头与将军帽之间接触不良，有细小间隙，发生悬浮放电，将铝管中的变压器油分解产生乙炔。而套管铝管中的变压器油与本体的变压器油联通，致使本体中油检测出乙炔。

有载分接开关在8～10挡进行切换时，处于本体油中的开关分接选择器需要进行极性转换，调压线圈会有短暂的悬空，在调压触头1、9上出现恢复电压，产生拉弧现象。查阅调度记录，该主变今年长期运行在3挡，所以排除。

有载分接开关切换油室中变压器油向本体渗漏，致使本体中油检测出乙炔[7]。正常进行负荷工作的开关，开关切换油室中变压器油所含的氢气、甲烷、乙烯不会这么少，所以排除。

铁芯故障。铁芯若发生多点接地故障，产生环流，会产生大量的氢气、甲烷和少量的乙炔，并且这些特征气体增长量是恒定的。但追踪数据显示，氢气和甲烷含量不高，并未产生恒定增长量，所以排除。

低压侧多次跳闸。主变带20000 kVA负荷，排除超负荷跳闸。那可能是低压对称短路和单相对地短路引起跳闸，但查阅调度记录未发现此类情况，所以排除。

3 现场检查

针对上述分析，套管故障的可能性较大，决定择时停电对主变进行检测排除故障。

3.1 有载开关检查

主变停电后，首先对有载开关进行了检查。

根据现场主变的实际结构情况，检查发现该主变采用的是外油式油枕。因外油式油枕油腔内始终处于满油位运行状态，而有载开关油位处于半油位状态，从现象上看有载开关油室窜油的可能性不大。

3.2 电气诊断试验

检修人员使用万用表检测套管导电头与将军帽是否导通，经检测发现四相套管均处于导通状态。

图1 试验人员检查套管是否导通

试验人员对该台变压器进行电气诊断试验，项目有直流电阻、绕组及铁芯绝缘电阻、吸收比、介质损耗因数tanδ，与2019年数据对比如表5、表6所示。

表5 2019年度绕组介质损耗与电容量、绝缘电阻测试数据比较

表6 2020年度绕组介质损耗与电容量、绝缘电阻测试数据比较

对比表7、表8两次试验数据，相差不大，此外直流电阻试验，铁芯和夹件绝缘电阻，铁芯、夹件接地电流数据也相差不大且皆在合格范围内。

表7 2019年度套管试验数据

表8 2020年度套管试验数据

4 跟踪处理

综合上述油色谱试验和电气试验分析结果，推断此次变压器油中乙炔异常增大可能是由于瞬时放电引起，放电点小持续时间短。为此制定了以下方案跟踪运行：

绝缘油试验油色谱，采用针筒取样，间隔7天取一次。

测量、记录铁芯、夹件接地电流与取油样间隔同步。

经过几轮检测，油色谱数据平稳，考虑到故障点小，且乙炔平稳未超标，铁芯、夹件接地电流正常，变压器内部放电点可能已消除。对该台变压器采取滤油处理，滤油后油色谱数据如表9所示。

表9 滤油后油色谱跟踪数据 μL/L

从变压器油色谱跟踪数据中可以看出，滤油后乙炔不再产生，证实了放电点已消除的推论。

5 结束语

变压器油色谱分析可以较好地发现变压器的内部故障缺陷，在发现变压器油色谱数据异常后，应采取多种分析方法，确定故障类型，并对变压器进行诊断性电气试验。为了更好地检测变压器运行状况，需要对变压器进行周期性的油化验和电气试验，确保变压器安全可靠运行。