一起变压器内部过热性故障分析

赵 聪，富云飞，卢忠亮，郑建新

（鞍钢股份营口鲅鱼圈钢铁分公司环境与能源部，辽宁营口 115007）

1 引言

电力变压器是电力系统重要设备之一，它的故障将对供电的可靠性和系统的正常运行产生严重的影响。分析溶解于油中的气体，能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障并可随时掌握故障的发展情况，及时进行整改处理，防止事故扩大，保证变压器长期安全可靠运行，减少不必要的停电。同时定期对变压器内部绝缘状况进行健康诊断，有利于设备的状态维修，保证电力供应更加安全可靠。本文介绍了一起变压器内部过热故障案例的诊断全过程。

2 变压器内部气体分析

鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司某66 kV变电站1#主变于2008年3月投运，变压器型号为SFZ9-63000/66。投运后每年进行两次色谱分析，未发现该主变内部有异常。在2009年10月25日进行的例行色谱分析中，发现变压器油中的总烃含量高达183.1×10-6，其含量已超过国家电网行业标准DL/T722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（以下简称《导则》）注意值150×10-6。2008年和2009年的常规色谱分析数据详见表1。从表1可知，2008年的色谱分析数据均在正常范围内，色谱分析数据显示除乙炔气体没有变化之外其他气体都有所增加，特别是总烃含量增长很快。

表1 2008年、2009年色谱分析数据表 ×10-6

为此我们在之后的连续4天里，对该变压器的色谱进行了连续跟踪分析，其色谱跟踪数据详见表2。分析该组数据发现总烃含量每天都在持续增长，这说明在2008年10月25日至2009年4月23日之间，变压器内部故障已经在慢慢地逐渐发展，初步判断这台主变内部存在隐性故障。

表2 连续4天监测色谱分析数据表 ×10-6

3 变压器故障分析与诊断

3.1 故障类型和气体特征

变压器等电力设备涉及产气的内部故障一般分为两类：即过热故障和放电故障。

（1）过热故障。该故障产生的主要气体组分是甲烷和乙烯，两者之和占总烃的80%以上，其次是氢气和乙烷。如涉及到固体绝缘材料还将产生一氧化碳和二氧化碳，其含量明显增长。当故障点温度较低时，甲烷占的比例较大，随着热点温度的升高，乙烯的比例也增大，同时氢气含量也会增加，严重过热时还会出现少量的乙炔气体。

（2）放电故障。该故障产生的主要气体组分是氢气和乙炔，其次是甲烷和乙烯，但由于故障能量较小，总烃含量一般不会高。

3.2 故障分析的依据

对溶解气体含量测定结果的分析一般按以下六个步骤进行：

（1）将色谱分析的特征气体含量与《导则》的规定注意值进行比对。

（2）将色谱分析出的技术数据与上次的色谱分析技术数据作对比。

（3）用故障特征气体含量计算出的产气速率与《导则》注意值作对比。

（4）如初步判断电力设备内部可能存在故障，再用三比值法判断故障的性质。

（5）用产气速率和平衡判据法来判断设备故障发展的状况。

（6）结合电力预防性试验的情况和其他精密点检测试的方法进行综合分析判断。

从表2中可看出1#主变油中乙炔没有出现，氢气没有超过注意值，但总烃含量很高，说明不存在放电故障。K=CO2/CO=3756/849的比值为4.4（3＜K值＜7），一般可排除固体绝缘材料的故障。其主要的特征气体组分是甲烷和乙烯，而且两者之和占总烃的80%以上，且乙烯含量大于甲烷含量，同时氢气含量也相应增高，说明故障点的温度较高，且故障点不涉及固体绝缘材料，可能是裸金属的过热。

3.3 故障性质的判断

3.3.1 产气速率分析

虽然注意值在反映故障时有一定的参考性，但仅仅根据注意值的分析数据还是不能正确诊断变压器内部故障，还要根据理论计算出的产气速率等方面作进一步分析。

以2009年10月25日和2009年10月29日的总烃含量数据为例进行绝对产气速率计算：

对照《导则》，变压器油中总烃含量的绝对产气速率注意值：开放式变压器为6 mL/d，隔膜式变压器为12 mL/d。而该变压器油中总烃含量的绝对产气速率注意值已达114 mL/d，远远超过《导则》中油中总烃含量产气速率注意值，然而该数据又进一步证明变压器内部有异常情况。

3.3.2 三比值法分析

在确定变压器有故障存在时还应用三比值法进行分析。

以2009年10月25日的测量值作为数值为例：

这三对气体比值根据《导则》改良三比值法计算，对照编码规定：

C2H2/C2H4＜0.1、CH4/H2=1～3、C2H4/C2H6≥3，判断编码组合为：0.22，所对应的故障类型为高于700℃高温范围的过热故障。

3.3.3 故障原因定量分析

根据《导则》，通过色谱分析油中溶解气体的成分、特征气体含量、变化趋势、改良三比值法的判断，过热原因可能有以下5种情况：（1）分接开关接触不良；（2）引线连接不良；（3）铁芯两点或多点接地；（4）铁心片间短路或被异物短路；（5）部分绕组短路或不同电压比并列运行引起的循环电流发热等等。

3.3.4 结合电气预防性试验判断故障原因

由于油中溶解气体产生有时与运行和检修情况有关，如冷却系统的油泵故障、油箱带油补焊、油流继电器接点火花、注入油本身未脱净气等，因此当油中气体分析认为在内部故障时，对故障的准确部位将无法确定，所以还要结合电力预防性试验来进行分析。

在停电的状态下，试验人员对该变压器测量了绕组的直流电阻、介质损耗和吸收比，结果无异常，排除了故障点不在电气回路和主绝缘部位。打开铁芯接地点，测量铁芯对地电阻，电阻值为0，说明铁芯有接地现象。

3.3.5 综合分析判断故障原因

在经过色谱分析和电气试验后，再结合油质分析结果和运行、检修情况以及外部检查等多方面因素，综合分析判断故障性质为铁芯多点接地。

4 故障检查及处理

经分析，初步判断为该变压器因铁芯多点接地，导致发热、总烃含量异常。为避免故障扩大和确认故障分析结果，经吊罩检查，发现变压器铁芯不锈钢带松动，致使绝缘热脱落，使不锈钢带与铁心相碰，在下铁轭与箱底有金属屑连接导致短路现象，造成铁芯多点接地。说明故障分析及判断基本正确。

故障部位经检修处理，真空滤油后，对1#变压器做了全套电气试验、油质化验和色谱分析均合格，经验收后恢复了正常运行。同时根据《电力预防性试验规程》规定，色谱分析连续进行1天、4天、10天、30天的跟踪分析，油中总烃含量已停止增长，各种气体含量都在正常范围内，说明故障点已经排除。截止到目前为止，该变压器运行良好。

5 结束语

由于铁芯多点接地会导致铁芯局部发热，甚至可能烧毁变压器，酿成严重后果。因此当运行设备油中气体浓度任何一项达到注意值时，应引起注意，缩短采样周期，进行趋势跟踪分析。通过比较注意值、计算产气速率、计算比较三比值，结合设备运行、检修状况，判断设备有无故障，做出相应的处理措施。

当判断为变压器铁芯多点接地故障时，应及时进行吊芯处理，详细检查内部情况，彻底清洁油箱底部的油泥、铁锈等杂物，并用油进行一次全面冲洗，从而保证变压器油箱内环境良好及安全可靠运行。

[1]DL596-2006，电力预防性试验规程[S].

[2]DL/T722-2000，变压器油中溶解气体和判断导则[S].

[3]孙坚明.电力用油（气）检验培训材料[M].北京：国家电网公司，1996.