仝福祥

（山西兆丰铝电有限责任公司生产技术部，山西 阳泉 045000）

电解铝生产属于高载能行业，电解槽全年平均运行时间在8 000 h以上，正常生产中负荷相对平稳，属于一类负荷。整流变压器是电解铝生产的关键动力设备，在实际生产运行中的状态直接影响电解系列的运行安全。因此，电解铝生产企业必须对整流变压器实行定期检测，对潜在的故障隐患及时分析判断，制定针对性的解决措施。变压器故障检测主要包括油中气体的色谱分析、直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比检测、极化指数检测、局部放电检测等。

在整流变压器故障排查治理过程中，一方面可以依靠电气预防性试验，在整流变压器投入之前或运行中了解掌握设备的绝缘情况，以便在发展的初期就能够准确及时地发现故障并处理；另一方面可以依靠变压器油中气体色谱分析，对变压器局部放电和发热等潜在故障进行预判，此方法对于变压器大修方案的制定有针对性指导和实际意义。

1 整流变压器存在的问题

兆丰电解铝分公司2号整流变压器型号为ZHSFPB-78000/110，额定容量为78 000 kVA，额定相电压为2 797～54 672 V，额定线电压为32.0～624.9 V，生产厂家是沈阳华美变压器制造有限公司。该台变压器自投运以来，各组分含量均正常。从2017年7月开始，在对变压器油取样分析发现，2号整流变压器连续8次总烃超标，如表1所示。2018年6月对2号整流变压器进行钻检、滤油处理，处理后的变压器没有明显改善效果，再次出现变压器油总烃超标现象，如下页表2所示。

表1 处理前整流变压器油色谱试验数据

表2 处理后整流变压器油色谱试验数据

2 变压器绝缘油产气原理

2.1 绝缘油的分解

变压器绝缘油是由各种碳氢化合物组成的混合物，当变压器内部产生热或电故障时，导致分子键断裂，产生氢原子和不稳定碳氢化合物的自由基。这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应重新化合，形成氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。若变压器内部局部放电，大部分氢离子通过离子反应会重新化合成氢气，若要化合成烃类气体，则需要更高的温度和更多的能量。乙炔的产生一般需要800～1 200℃的温度，因此，大量乙炔是在电弧的弧道中产生的。变压器油发生氧化反应时，生成一氧化碳和二氧化碳；固体绝缘材料包括纸、层压纸板或木块等，在高温下，也会生成一氧化碳和二氧化碳。一氧化碳和二氧化碳的形成不仅与温度有关，而且会随油中φ（O）和纸湿度的增加而增加。

2.2 故障气体的组成和含量

故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。例如油过热时，主要气体组分为甲烷和乙烯；绝缘油纸中局部放电时，主要气体组分为氢气、甲烷和一氧化碳；油中火花放电时，主要产生氢气和乙炔；油和纸中产生电弧时，主要产生氢气、乙炔、一氧化碳和二氧化碳。根据不同的主要特征气体，可以尽早发现设备内部存在的潜伏性故障，并通过定期油色谱分析，可随时监视故障的发展情况。

3 故障分析

一般情况下，变压器新油所含气体最大值约为：φ（CO）=100μL/L，φ（CO2）=35μL/L，φ（H2）=15μL/L，φ（CH4）=2.5μL/L。电解铝分公司2号整流变压器属于110 kV设备，运行中油的总烃体积分数的注意值为150μL/L，φ（C2H2）注意值为5μL/L，φ（H2）注意值为150μL/L。当怀疑故障涉及固体绝缘材料时，要结合φ（CO）和φ（CO2）的比值、增长规律的突变以及其他气体的变化情况进行综合分析。

当变压器内部发生故障时，油中溶解气体的含量将发生变化。通过从变压器中取油样并经脱气后，各种气体成分可经气相色谱分析仪分析得出。根据这些气体的含量、特征、成分比值（如三比值）和产气速率等方法可以判断变压器内部故障。

三比值法是将五种气体的三对比值以不同的编码表示，编码规则如表3所示。

表3 编码规则

选取2号整流变压器最近两次的油色谱分析数据进行计算，结果如下：

1月22日：V（C2H2）/V（C2H4）=5.20/44.88≈0.12；V（CH4）/V（H2）=80.09/102.3≈0.78；V（C2H4）/V（C2H6）=44.88/124.91≈0.34。三比值为1∶0∶0。

1月27日：V（C2H2）/V（C2H4）=4.77/42.29≈0.11；V（CH4）/V（H2）=77.40/98.8≈0.78；V（C2H4）/V（C2H6）=42.29/116.74≈0.36。三比值为1∶0∶0。

两次油色谱分析数据的三比值一致，根据GB/T 7252—2001，可初步推测：2号整流变压器内部存在低能放电和过热现象，可能的原因为引线对电位未固定的部件进行连续火花放电、分接抽头引线和油隙闪络、不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的火花放电。

目前，2号整流变压器除总烃超标外，还存在本体各阀门老化，关闭不严；变压器本体及各附属部件腐蚀严重；电缆桥架、金属穿线软管腐烂严重，二次线路老化使各种信号误报；变压器各密封胶垫老化；油风冷却器散热片散热能力下降、上下侧阀门失效；各油泵接线柱、放油口、管路连接处密封胶垫严重老化等问题。

4 结语

依据《电力变压器检修导则》的规定，变压器要贯彻预防为主，计划检修和状态检修相结合的方针，做到应修必修、修必修好、讲究实效。因此在处理实际故障时，在做好常规检查的基础上，要结合油色谱分析检测数据和三比值结果，以及变压器的运行历史状态和外部环境等因素对整流变压器进行针对性检查和故障的综合分析判断。