油色譜分析在800千伏高壓電抗器故障診斷中的實際應用

田云龍 馮旭年 買買提.努爾

【內容摘要】通過油色譜分析一例高壓并聯電抗器油色譜特征氣體突增的實例應用，介紹了根據油色譜特征氣體進行設備故障判斷和確定故障性質的有效方法，并驗證其正確性。

【關鍵詞】 高壓電抗器油色譜分析故障診斷

中圖分類號： TM854 文獻標識碼： A

引言

為適應地區經濟建設和社會發展的需求，新疆電網正朝著大容量、遠距離、超高壓的方向發展，隨著750 千伏超高壓基礎網架建設的快速發展，大容量變壓器與高壓線路并聯電抗器也越來越多，其作用與重要性不言而喻。而在線監測裝置已不只是簡單的輔助設備，其中油色譜分析系統與定期色譜跟蹤相結合的應用方式就極大地提高了變壓器與高壓電抗器運維過程中故障診斷的及時性和準確率。下面通過吐哈一線B相高壓電抗器油色譜數據實例分析，闡述油色譜分析在設備故障診斷中的實際應用。

1 吐哈一線高壓電抗器油色譜異?，F象

型號 BKD-140000/800 額定電流（A） 303.11

額定容量（kvar） 140000 油重(kg) 28450

額定電壓(kV) 800/√3 出廠日期 2012年2月

表1750kV吐哈一線B相高壓電抗器銘牌數據

2012年5月31日，某750千伏變電站油色譜在線監測系統顯示出吐哈一線高壓電抗器B相油色譜數據中特征氣體氫氣、乙烯、乙炔、總烴等氣體含量有異常增長現象。見表2

時間 組分含量（μL/L）

H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 總烴

5月31日00:33 186.3 41.81 87.86 20.08 0 1.95 499.44 110

5月31日12:33 1659.44 0 23 110.34 29.22 108.91 486.56 312.9

5月31日23:35 1486.41 0 28.11 64.49 36.46 107.19 495.97 236.3

6月01日01:35 1488.49 0 29.22 62.76 34.67 105.55 495.97 232.2

6月01日03:35 1490.96 0 23.14 63.48 34.4 105.05 499.44 226.1

6月01日05:35 1492.15 0 23 63.65 33.94 104.73 495.97 225.3

表2 2012年5月31至6月1日油色譜在線數據

2 故障識別

2.1 特征氣體比較分析：

從表2中可以看出吐哈一線B 相高抗總烴和氫氣的氣體濃度都超過了150μL／L的油中溶解氣體含量注意值。技術人員隨后對電抗器取樣進行離線便攜式油色譜和試驗室油色譜數據追蹤比較分析，與最近一次試驗數據相比較發現多種特征氣體均嚴重超標。

日 期 H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 總烴 結論

05/07 111 46.99 543.61 41.67 20.63 6.44 4.22 72.96 乙炔含量超過注意值

05/31 4812 72.36 721.22 617.82 601.15 73.66 3059 4351.93 氫氣、乙烯、乙烷、乙炔、總烴嚴重超標，懷疑設備內部有突發性高能量放電故障，建議立即停運

表3吐哈一線B相便攜色譜分析儀實驗數據

2.2 氣體增長率分析：

實際工作中，由于某些原因有時內部并不存在故障的油設備中也會出現特征氣體異常增長的現象，所以在判斷設備是否存在故障及其嚴重程度時，必須考慮氣體增長的趨勢，也就是故障點的產氣速率。尤其是當總烴含量超過正常值時，應計算產氣速率來判斷設備有無故障。

設備產氣速率與故障消耗能量大小、故障部位、故障點的溫度等情況有直接關系，通過對設備中產氣速率的計算，可以判斷故障的發展趨勢。

絕對產氣速率：即每運行日產生某種氣體的平均值，下面就表3中總烴產氣率進行計算分析：

=［(4315.93 – 72.96) / （24×24）］×（28.45/0.865）

=243 mL／d

式中：——絕對產氣速率，mL／d；

Ci2——第二次取樣測得油中某氣體濃度，L／L；

Ci1——第一次取樣測得油中某氣體濃度，L／L；

△t——二次取樣時間間隔中的實際運行時間（日），d；

G——設備總油量，t；

——油的密度，t／m3。

根據計算結果得知總烴產氣率超過了正常值的3倍（0.5 mL／d），總烴含量也大于正常值的3倍，說明高壓電抗器內部有嚴重故障，且故障發展迅速，應立即采取必要措施。

3類型判斷

3.1應用三比值法判斷故障類型

三比值法是判斷充油電氣設備故障類型的主要方法，用五種氣體的三對比值（C2H2／C2H4、CH4／H2、 C2H4／C2H6）以不同的編碼組合表示，三對比值的計算結果對應故障類型。編碼規則和故障類型見表3、表4。

故障性質 比值編碼組 典型例子

輕度局部放電

較嚴重的局部放電 010

110 由于油浸不完全，絕緣內含有氣隙

氣隙放電已導致固體絕緣有放電痕跡

低能放電

低能放電兼過熱 202 212 200

220 222 不同電位的絕緣之間發生火花放電或懸浮電位發生火花放電；鐵心接地銅片與鐵心多點接地

高能放電

高能放電兼過熱 102 112 101 100

120 121 122 繞組間或繞組對地之間的絕緣油發生電弧擊穿

低于150℃的熱故障

150～300℃的熱故障 001

000 020 一般性的絕緣或導線過熱

引線外包絕緣脆化；繞組油堵塞；鐵心局部短路

300～700℃的過熱故障

700℃以上的高溫過熱故障 021

002 022 鐵心局部過熱或局部短路；鐵心和外殼產生渦流

表4故障類型表

氣體比值范圍 比值范圍的編碼

C2H2／C2H4 CH4／H2 C2H4／C2H6

<0.1 0 1 0

≥0.1～＜1 1 0 0

≥1～＜3 L 2 1

≥3 2 2 2

表5 編碼規則表

吐哈一線B相高抗2012年5月31日應用三比值計算數據：

C2H2/C2H4 = 486.56/29.22 ≥3

CH4／H2 = 110.34/1659.44 <0.1

C2H4／C2H6= 29.22/108.91 <0.1編碼組合 200。

吐哈一線B相高抗2012年6月1日應用三比值計算數據：

C2H2/C2H4 = 495.97/33.94 ≥3

CH4／H2 = 63.65/1492.15 <0.1

C2H4／C2H6= 33.94/104.73<0.1 編碼組合 200。

根據數據三比值法計算得出的兩組組合編碼均為200，參照故障類別表及編碼規則表判斷故障性質可能是低能放電，懷疑設備內部存在潛伏性放電故障。

3.2 氣體比值的圖示法：

立方圖是三比值的立體圖示，使用立方圖可以更直觀的觀察三比值的變化趨勢，以及比值和故障的關系。三比值立方圖示法比較適合利用計算機軟件來反映比值關系，可以清楚地顯示不同類型故障的發展趨勢，從圖一立方體示意圖中直觀的表示出故障類型為低能放電。

圖一：800千伏高壓電抗器油色譜三比值立方體示意圖

4 故障處理：

吐哈一線B相高壓電抗器在確定故障性質、發展趨勢后立即停止運行，返廠進行了器身解體檢查, 解體檢查表明，在設備金屬聯接件的螺紋部分有黑色油泥，少量絕緣紙板與結構件接觸摩擦的部位出現明顯發黑碳化痕跡。通過對設備部件排查、自身結構特點以及對歷史運行情況等因素進行綜合判斷后，最后認為振動摩擦是導致產品油色譜氣體含量嚴重超標的原因。

圖二：800千伏高壓電抗器絕緣墊塊摩擦發黑情況示意圖

鑒于上述情況，廠家采取措施將鐵心餅多點均布壓緊有效抑制電抗器的振動問題，取消高抗上部大餅上的絕緣墊塊，避免因絕緣墊塊與鐵軛接觸面積過大，將芯柱鐵芯餅的氣隙材料更換為高強瓷墊塊，增強其機械及電氣性能。整改過程中及全面整改結束后高壓電抗器進行了全面的測試檢查，試驗結果均正常，色譜合格。

5 結束語：

采用油色譜在線系統及其他帶電預防性試驗，定期分析溶解于設備油中的氣體組分、含量及產汽速率，并結合運行設備的結構、運行、檢修等情況，綜合分析，判斷在運設備是否存在故障以及故障的性質、發展趨勢，可以達到不停電就能及時發現設備內部是否存在潛伏性故障并確定故障類型，有效避免疆電外送主要輸變電設備重大損壞事故的發生。根據分析得出的不同的故障性質和類型，采取不同的處理措施，如縮短試驗周期、加強監視、限制負荷、近期安排內部檢查、立即停止運行等正確的處理手段，可以達到使高壓電抗器長期安全、穩定運行的目的。

參考文獻

［1］GB／T 7252－2001 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則

［2］Q/GDW 158－2007 電力設備預防性試驗規程750千伏電力設備預防性試驗規程

［3］張利剛 變壓器油中溶解氣體的成分和含量與充油電力設備絕緣故障診斷的關系

作者簡介：田云龍、男、出生1972年10月、華北電力大學本科畢業、變電運行專業、1992年參加工作、從事變電運行工作17年，參與變電站運行規程、典型操作票、現場處置方案編制，參加變電站驗收、投運，大修技改等工作。