余 霞

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港222042）

0 概述

隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對能源的需求越來越高，而當(dāng)前國際環(huán)境要求更多地使用清潔能源，核電這種清潔能源正是在這樣一個(gè)背景下在國內(nèi)進(jìn)入一個(gè)高發(fā)展期。核能發(fā)出的電力主要依靠電站變壓器升高電壓后才能輸送到電網(wǎng)，因此變壓器是核電站的最重要設(shè)備之一，該設(shè)備的性能是否正常直接關(guān)系到核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。國內(nèi)外核電站曾經(jīng)多次出現(xiàn)由于變壓器故障而導(dǎo)致的停堆事故，因此跟蹤發(fā)現(xiàn)變壓器的性能是否穩(wěn)定、及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的異常情況對核電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤其重要。

對變壓器來說常規(guī)絕緣檢查方法需要停電和停止運(yùn)行后才能進(jìn)行,而通過對絕緣油中溶解氣體的氣相色譜分析，來預(yù)測故障和檢測故障的最大的優(yōu)點(diǎn)就是均不需要停運(yùn)變壓器，只需從帶電運(yùn)行的變壓器中抽取少量油樣，即可進(jìn)行分析和檢測變壓器內(nèi)部是否存在故障及故障的嚴(yán)重程度。實(shí)踐證明，氣相色譜分析檢測潛伏性故障的靈敏度和有效性非常高。

1 變壓器故障的識(shí)別與診斷

在正常運(yùn)行時(shí)，油浸式變壓器內(nèi)部的絕緣油和有機(jī)絕緣材料，在熱和電的作用下會(huì)產(chǎn)生少量的低分子烴類氣體及一氧化碳、二氧化碳等氣體。但一旦變壓器出現(xiàn)一些故障時(shí)，這些氣體就會(huì)大幅增加，進(jìn)入到變壓器本體的絕緣油中。通過氣相色譜分析技術(shù)來監(jiān)測絕緣油中的溶解氣體的濃度，就可識(shí)別變壓器是否存在故障，以及存在哪種類型的故障。

識(shí)別變壓器是否存在故障，我們可以通過兩種方法來進(jìn)行識(shí)別：第一種就是油中溶解氣體含量是否達(dá)到注意值，但對于我們這種核電站的重要設(shè)備來說，一旦出現(xiàn)乙炔就應(yīng)該引起注意了。第二種就是計(jì)算主要?dú)怏w的絕對產(chǎn)氣速率，或著是總烴的相對產(chǎn)氣速率，來跟蹤分析變壓器是否存在故障。

變壓器故障的判斷：變壓器的故障主要分為熱故障和電故障。正常運(yùn)行中的油有少量的一氧化碳和烴類氣體產(chǎn)生。但是，當(dāng)變壓器有內(nèi)部故障時(shí)油中溶解氣體的含量就大不相同了。氣相色譜技術(shù)診斷變壓器性能的基本原理就是利用電站變壓器在故障情況下，變壓器油中氣體組分會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。通過對變壓器絕緣油的處理分離出氣體樣品,利用氣相色譜技術(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)氣體組分和含量的變化，利用特征氣體法和三比值法來跟蹤和診斷變壓器的性能和故障情況。

2 案例解析

本電站某臺(tái)變壓器從2013年7月2日發(fā)現(xiàn)有乙炔以來，每天一次油中溶解氣體含量的跟蹤分析，直至此臺(tái)變壓器大修停運(yùn)，積累了一千六百多個(gè)分析數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)中我們可以知道，一氧化碳和二氧化碳沒有明顯的增長，氫氣、乙炔、總烴以同一增長趨勢持續(xù)增長，甲烷、乙烯、乙烷只有少量的增長。

1）根據(jù)這些分析數(shù)據(jù)，我們可以從以下兩個(gè)方面來識(shí)別該變壓器是否存在故障：

第一，近七個(gè)月的連續(xù)跟蹤分析，一氧化碳和二氧化碳基本上穩(wěn)定，沒有明顯增長。氫氣、乙炔、總烴以同一增長速率持續(xù)增長，乙炔在2013年9月初就已經(jīng)超過了變壓器在正常運(yùn)行情況下的注意值5uL/L。

第二，（1）我們根據(jù)已超過正常運(yùn)行注意值的乙炔的數(shù)據(jù)，計(jì)算出乙炔的絕對產(chǎn)氣速率都在3.58mL/d左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了隔膜式變壓器的絕對產(chǎn)氣速率乙炔的注意值0.2mL/d。（2）根據(jù)第一個(gè)月總烴的數(shù)據(jù)計(jì)算出相對產(chǎn)氣速率為54.68%。

從以上兩條我們可以看出，乙炔含量已超過正常運(yùn)行的注意值，乙炔的絕對產(chǎn)氣速率和總烴的相對產(chǎn)氣速率都超過了注意值，所以我們有理由判斷該變壓器可能存在故障。

2）在確定該變壓器存在故障后我們就用特征氣體法和三比值法來對故障進(jìn)行判斷：

第一，我們從收集的數(shù)據(jù)中來看，油中的CO和CO2含量幾乎沒有變化，而其中H2和C2H2增長趨勢非常明顯，因此，根據(jù)特征氣體分析方法可以判定該變壓器應(yīng)該是放電故障而不涉及到固體絕緣。

第二，利用三比值法對歷次色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的比值得出的編碼為：120和100，由此也可以判斷該變壓器的故障類型為電弧放電。

根據(jù)以上油中溶解氣體含量的情況分析，再結(jié)合超聲波定位儀監(jiān)測的分析結(jié)果，認(rèn)為該變壓器存在間歇性低能量的裸金屬放電，不涉及固體絕緣，同時(shí)根據(jù)該變壓器各部件的改造情況，分析認(rèn)為此故障應(yīng)是變壓器高壓套管均壓球與套管接觸不牢，運(yùn)行中振動(dòng)造成放電的可能性最大。并且經(jīng)各方專家分析，此故障尚不至于對變壓器的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，該變壓器在每天一次的分析頻度下一直運(yùn)行到大修停運(yùn)為止。

該變壓器在大修停運(yùn)后，進(jìn)行了吊罩檢查，發(fā)現(xiàn)確實(shí)如上述分析的故障一致，檢修人員通過高壓側(cè)人孔將均壓球取出，檢查發(fā)現(xiàn)均壓球與三個(gè)支撐爪連接的地方有大量碳泥，連接處已腐蝕三分之二，其中一個(gè)支撐爪在拆除過程中脫落，另一個(gè)支撐爪也即將脫落。其他部位未發(fā)現(xiàn)異常。

3）該變壓器檢修完畢后對設(shè)備中的絕緣油進(jìn)行了濾油處理，然后對其油中的溶解氣體進(jìn)行了連續(xù)的跟蹤分析。

濾油處理至色譜分析結(jié)果乙炔為未檢出，其他溶解氣體也達(dá)到了運(yùn)行前的油質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但在停運(yùn)的情況下，放置兩個(gè)月后再次對該臺(tái)變壓器進(jìn)行油中溶解氣體分析，又發(fā)現(xiàn)了微量的乙炔，其他溶解氣體無明顯增長。立刻決定對該臺(tái)變壓器進(jìn)行每周一次的連續(xù)跟蹤分析，乙炔在持續(xù)增長到1.9uL/L左右后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定水平。再次對變壓器中的絕緣油進(jìn)行濾油處理，直至油中的溶解氣體達(dá)到運(yùn)行前的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)后停止濾油。但該臺(tái)設(shè)備中的絕緣油，在一個(gè)月后的油中溶解氣體色譜分析時(shí)，還是有0.2uL/L的乙炔出現(xiàn)。

從我們收集的數(shù)據(jù)中可以看到，從2014年11月29日開始，乙炔和氫氣都有一個(gè)下降的趨勢，再結(jié)合設(shè)備停運(yùn)后，已經(jīng)濾掉了油中的溶解氣體，可過一段時(shí)間還會(huì)從油中檢測出乙炔來看，應(yīng)該是變壓器中的固體絕緣材料對一些故障產(chǎn)生的溶解氣體進(jìn)行了吸附，使油中的溶解氣體含量有所下降。而在停運(yùn)檢修后的幾個(gè)月甚至是更長的時(shí)間里，會(huì)慢慢的釋放出來。

3 結(jié)論

1）雖然我們通過氣相色譜分析技術(shù)對該變壓器的故障分析完全正確，但是如果運(yùn)行期間均壓球完全脫落將會(huì)釀成嚴(yán)重的事故。因此，任何故障發(fā)生時(shí)，不能光靠絕緣油中溶解氣體的含量來進(jìn)行判斷，還必須結(jié)合電氣試驗(yàn)、設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境等多方面的因素，才能保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）通過對故障設(shè)備檢修后絕緣油中溶解氣體的氣相色譜分析結(jié)果，確定變壓器中的絕緣紙等固體絕緣材料對油中的溶解氣體是有吸附作用的，因此當(dāng)溶解氣體含量達(dá)到一定峰值的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)氣體含量的一個(gè)回落現(xiàn)象。而在故障檢修完畢,濾掉油中的溶解氣體后，還會(huì)在后面的幾個(gè)月中慢慢釋放出來。這對一些故障變壓器在檢修后再投運(yùn)，發(fā)現(xiàn)有少量故障氣體釋放時(shí)，是具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義的。

［1］GB/T17623-1998絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法[S].

［2］GB/T7252-2001變壓器油中溶解氣體分析判斷導(dǎo)則[S].

［3］王曉鴛,等.變壓器故障與監(jiān)測[J].