喬根明 張登宇 王尚家

摘要：利用變壓器油中溶解氣體分析，可以盡早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部早期潛伏性故障，通過多年來對變壓器溶解氣體的分析和變壓器出現(xiàn)故障時的產(chǎn)氣特征，提出了兩比值法判斷故障性質(zhì)和部位的簡易方法，經(jīng)過在本單位的多次應(yīng)用，證明能夠準(zhǔn)確、簡單、及時地反映變壓器故障的真實情況。

關(guān)鍵詞：油中氣體 故障性質(zhì) 兩比值法

0 引言

充油電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障的原因較為復(fù)雜。往往不是單一的，過熱與放電是互相伴隨，相互轉(zhuǎn)化的，影響故障分解氣體產(chǎn)生的因素也較多，原因是油分子裂解是一個十分復(fù)雜的過程，至今有些機(jī)理還沒有被人們所認(rèn)識，加之氣體含量與油種、固體絕緣材料、油保護(hù)方式、變壓器結(jié)構(gòu)、運行年限、運行方式等多種因素有關(guān)，就目前的水平而言，還沒有達(dá)到科學(xué)的判斷程度，近十幾年來，國內(nèi)外已先后提出了不少判斷方法，諸如特征組分法，組分濃度譜圖法，三角坐標(biāo)圖解法，濃度比值法，IEC法以及導(dǎo)則中的三比值法，這些方法都有一定的局限性，有時互相之間結(jié)論矛盾，并且過多的方法使工作人員不得要領(lǐng)，無所適從。

準(zhǔn)確地判斷故障性質(zhì)，掌握故障發(fā)展趨勢，制定設(shè)備合理的維護(hù)措施，不僅可以保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，而且還能避免盲目停電和吊罩檢查，造成人力財力的浪費。

1 故障性質(zhì)判斷原理

1.1 變壓器故障分類

運行變壓器發(fā)生內(nèi)部故障可分為過熱性故障和放電性故障兩大類。產(chǎn)生過熱性故障的原因復(fù)雜，造成熱點原因較多，大體可歸納為三種。①導(dǎo)體。②磁體故障（漏磁造成渦流）。③接地不良。放電故障類別，大體可歸納為四種：①輝光放電。②電暈放電。③火花放電。④電弧放電。

運行變壓器、互感器出現(xiàn)內(nèi)部故障的原因，往往不是單一的，一般在存在熱點的同時還有局部放電，而且故障是在不斷轉(zhuǎn)化，局部過熱可進(jìn)一步發(fā)展為局部放電直至擊穿。

1.2 油分子裂解的機(jī)理和變壓器內(nèi)部故障關(guān)系

①局部過熱，例如裸金屬過熱使其周圍油受熱分解時，絕緣油分解產(chǎn)生的氣體主要是甲烷和氫氣（600-700℃），超過此溫度主要產(chǎn)生的是乙烯氣體。

②局部放電是指沒有引起兩個電極之間擊穿放電，在局放過程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)很小，主要是電子轟擊，氣體的特點是氫氣甲烷的釋放。

③電弧放電是電極之間溫度在1300-1600℃之間，隨著電弧溫度的增加，油分子鏈就要斷裂，乙炔是電弧放電的特征氣體。

1.3 GB導(dǎo)則中判斷故障的三比值法說明

我們有必要對GB導(dǎo)則中利用烴類氣體含量的三比值作為充油電氣設(shè)備故障的判據(jù)的方法進(jìn)行說明。導(dǎo)則中以五種氣體的三比值來判斷設(shè)備故障，三比值以不同的編碼表示，其計算編碼和判斷方法是：

通常一種故障對應(yīng)于一種編碼，多種故障的組合往往找不到對應(yīng)的編碼。

2 “兩比值法”判斷方法

2.1 “兩比值”編碼確定

我們對近年來發(fā)生的變壓器故障進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)主變內(nèi)部故障往往不是單一的，過熱與放電現(xiàn)象是互相伴隨、相互轉(zhuǎn)化的，并且過熱與放電的部位和性質(zhì)也能反映到色譜分析數(shù)據(jù)中。經(jīng)過歸納總結(jié)，以導(dǎo)則三比值中（CH4、H2、C2H2、C2H4四種氣體的兩比值）做為判斷主變內(nèi)部故障的判據(jù)，因為在放電性故障時油分解主要為H2和C2H2，在過熱故障時油分解為CH4、C2H4和C2H6氣體。在過熱時CH4/H2的比值大于放電時的比值，擊穿時小于放電時的比值，而C2H2/C2H4的值在過熱時小，擊穿時的比值將大于放電時的比值。故障比值數(shù)有一個共性“0.5-1.0數(shù)值越大，故障也就越嚴(yán)重”。

2.2 “兩比值”編碼規(guī)則

過熱與放電之間CH4/H2的分界值為0.5-1.0，也就是說當(dāng)CH4/H2的比值大于0.5-1.0時可確定為過熱，當(dāng)CH4/H2小于0.5-1.0時可確定為放電。

C2H2/C2H4的比值，過熱和放電比值分界值也定為0.5-1.0，也就是說C2H2/C2H4的比值大于0.5-1.0時，可定為放電故障，當(dāng)C2H2/C2H4的比值小于0.5-1.0時為過熱故障。

即CH4/H2比值：小于0.5-1時為放電；大于0.5-1時為過熱（一）。

C2H2/C2H4比值：小于0.5-1時為過熱；大于0.5-1時為放電（二）。

通過對實際數(shù)據(jù)的驗算，利用上述判據(jù)判斷主變內(nèi)部故障的準(zhǔn)確率達(dá)96%。

3 “兩比值法”判斷故障部位

在故障情況下，若兩比值都大于1是過熱兼放電，屬高溫過熱，一般是分接開關(guān)燒壞和對地放電。

若兩比值都小于1，也是過熱放電，屬于低溫過熱、小能量的火花放電，一般是分接開關(guān)引線等接觸不良。

若兩比值是（一）小（二）大，是高能放電，就可判定線圈匝間有電弧擊穿。

若兩比值（一）大（二）小，這是裸金屬過熱，一般多為接觸不良，接地、油道堵塞等。

總之，無論哪一個比值達(dá)到0.5-1時，就可以確定設(shè)備內(nèi)部有故障，與三比值法不同之處即在于此。

4 “兩比值法”效果檢驗及其優(yōu)點

近年來我單位一直用“兩比值法”判斷故障性質(zhì)，未發(fā)生過變壓器突發(fā)性燒毀事故，如王坪110kV變電站1#主變色譜分析所得數(shù)據(jù)如下：

CH4 23.54μL/L C2H4 19.83μL/L

C2H6 3.22μL/L C2H2 25.18μL/L

H2 147.37μL/L 總烴 71.77μL/L

C2H2/C2H4的比值為1.27，CH4/H2的比值為0.16，根據(jù)兩比值定為放電故障，在吊罩檢查時，發(fā)現(xiàn)中壓線圈出頭處放電。

又如鋪上220kV變電站1#主變色譜分析后所得數(shù)據(jù)如下：

CH4 68.8 μL/L C2H4 111.31μL/L

C2H6 27.75μL/L C2H2 0.57μL/L

H2 30.06μL/L 總烴 208.43μL/L

CH4/H2=68.8/30.06=2.29，

C2H2/C2H4=0.57/111.31=0.005。

結(jié)論是裸金屬過熱，經(jīng)大修檢查，發(fā)現(xiàn)分接開關(guān)因壓接彈簧松動引起弧觸頭接觸不良，并有燒黑痕跡。

實踐證明，用“兩比值法”分析和判斷變壓器故障性質(zhì)有以下優(yōu)點：計算和判斷方法簡單，只需計算兩個比值就可確定故障類型；解決了“三比值法”編碼少，無法查找的技術(shù)難題；可以大體判斷故障部位，有助于變壓器的進(jìn)一步檢查、診斷準(zhǔn)確率高。

參考文獻(xiàn)：

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[2]夏春，劉歡.電力變壓器的故障分析與檢修[J].價值工程， 2010（32）.

[3]毛維.配電變壓器常見故障分析[J].價值工程，2010（04）.

作者簡介：

喬根明（1969-），男，山西朔州人，1993年畢業(yè)于山西電力職工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師；張登宇（1977-），男，山西朔州人，2002年畢業(yè)于太原重機(jī)學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師、技師；王尚家（1963-），男，山西朔州人，2000年畢業(yè)于中央黨校函授學(xué)院經(jīng)濟(jì)專業(yè)，高級經(jīng)濟(jì)師。