赵世钦，刘大勇

（1.南网都匀供电局，贵州 都匀 558000；2.国网长春供电公司，长春 130021）

油中溶解气体分析在电力变压器诊断性试验和在线监测中备受关注并成功应用。油中溶解气体的组分和含量与故障的类型和程度紧密相关，通过对绝缘油中溶解气体进行气相色谱分析，可及时检测变压器内部是否存在潜伏性故障以及故障发展趋势。110kV 碧波变电所1号主变于2003年9月投运，容量63 000kVA，油枕为金属膨胀器，油质量17.5t。2006年7月曾因硅钢片与接地软铜片搭接造成铁心多点接地，故障处理后一直正常运行。2012年2月7在常规取样预试中发现色谱数据异常。下面对此做出分析与判断。

1 主变压器运行状况及故障诊断

1.1 前期离线数据跟踪及故障分析

该主变色谱数据出现异常前，在线监测因在建平台未能有效传输数据，近期三侧线路也未有异常故障及长期过负荷现象。异常情况出现后，制定策略进行跟踪，对异常数据进行分析判断，以确定变压器故障类型。该主变故障前一次预试数据及故障后跟踪数据部分见表1。

采取2012年2月13日复查结果与同年2月7日数据分析对比如下：φ（C1＋C2）＝864.3μL／L，大于标准要求的150μL／L，φ（H2）＝173μL／L，大于标准要求的150μL／L，相对产气速率64%／月，大于标准要求的10%／月，绝对产气速率319.79 mL／d［1］。由此可知，设备内部可能存在发展较为迅速的故障。

表1 1号主变故障前一次预试数据及故障后跟踪离线数据 μL／L

1.2 在线数据分析

修复该主变油在线监测系统后，调取在线监测色谱数据做跟踪和辅助分析，具体情况见表2。

根据表2在线数据，对同段时间离线2012年2月13日和同年2月5日数据复查得出如下结果：φ（C1＋C2）＝704.6μL／L，大于标准要求的150μL／L；相对产气速率6.2%／月，低于标准要求的10%／月，绝对产气速率26.9mL／d。虽然相对产气速率低于10%／月，但绝对产气速率大于标准12 mL／d［1］的2倍，设备内部同样存在较为严重故障，相对产气速率低是总烃基数大所致。

表2 某变电所1号主变在线数据 μL／L

由上述分析可知，虽然在、离线数据有差别，但对应时间数据满足30%的平行误差范围，且在、离线数据均表明，设备内部存在较为严重的故障。

1.3 故障类型分析与判断

1.3.1 特征气体法判断

取2月13日离线数据（见表1），根据特征气体法分析：φ（C1＋C2）＝864.3μL／L，C2H4占 总 烃49.5%，CH4占 总 烃34.8%，CH4、C2H4占 总 烃84.3%，且C2H4大于CH4，H2占总烃16.6%，CO值较小且并未明显增长，φ（CO）／φ（CO2）＝0.046，C2H2痕量，采用特征气体法判断为高于500℃裸金属高温过热。

1.3.2 改良三比值法判断

对部分跟踪离线数据进行三比值计算与分析，结果见表3。

表3 离线数据三比值计算结果

由表3可知，多次跟踪三比值判断均为0 2 2，属于高于700℃以上高温过热，因此综合判断，设备存在高于500℃裸金属过热［2］。

1.4 故障状况分析

1.4.1 热点温度估算

分别取几个典型的时间点进行温度计算，公式［2］如下：

将表1中2月13日离线数据代入公式（1），有：t＝685.9℃

将表1中5月3日离线数据代入公式（1），有：t＝679.3℃

将表2中5月5日在线数据代入公式（1），有：t＝659.9℃

通过以上计算可以看出，几个时间点温度相差不大，故障发展较为平稳，但与改良三比值法判断的高于700℃存在矛盾，分析原因估计主要是三比值属于比值法，基数过大容易造成影响，因此，在不能滤油脱气情况下，以2012年2月7日离线数据基数为原始基数去除，后面跟踪数据一律除去基数算新色谱数据，得到较为典型的2组数据（见表4）。

表4 以2012年2月7日为基数的去基数离线表

根据表4中2012年5月3日离线数据，同样采用特征气体法和改良三比值法，判断属于高于500℃裸金属过热，改良三比值法计算比值021，φ（CO）／φ（CO2）＝0.01，裸金属中温过热（300～700℃），通过将2012年5月3日离线数据代入公式（1）估算，温度为644.1℃，由此可见故障类型与温度估算相互得到印证。

1.4.2 故障面积估算

以表4中2012年5月3日去基数数据进行面积估算［2］：

式中：S为故障源面积；r为单位时间产气量，根据表4中气体体积比及时间差，结合变压器油重计算后，该处取0.075 75mL／min；K为单位面积产气速率，根据温度644.1℃，由变压器油裂解产气速率与温度的关系，该处取0.025mL／（mm2·min）。

1.4.3 故障部位分析

根据故障类型看，温度长期在650℃左右，由C2H2衡量，虽然乙烯占比例最多，但也未到50%，根据此特征可初步判断，故障部位在变压器磁路上［2］。

根据总烃安伏法，在变压器过热故障中，若故障在导电回路，总烃增长随电流增大而加快；若发生在磁路上，总烃增长随电压增大而加快。

根据总烃安伏法，在故障部位中的判断，调取有代表性的2012年4月12日、4月14日、4月17日进行安伏法在线数据分析（见表5）。

表5 根据总烃安伏法判断变压器在线数据

由表5可知，总烃φ（C1＋C2）随着10kV 侧电压的增大减小同时增大减小，具有正关联性，与电流不存在正关联性，由此可以证明故障在磁路系统［3］，如铁心多点接地，铁心局部短路等等，结合故障面积只有3.03mm2判断，极可能是一根铁丝或者小金属杂质造成的短路，或者某个尖角突出造成。

2 变压器大修及后续跟踪与分析

2012年7月中旬对该变压器进行停电试验和吊罩处理，经过高压试验，测得铁心对地绝缘电阻为0，铁心多点接地，但吊罩并未找到铁心多点接地点，后采用试验变压器工频电压冲击接地点，直至铁心对地绝缘电阻达到100 MΩ，滤油脱气注油后重新投运。

变压器检修处理后于2012年7月14日投运，按照正常的检修投运后跟踪周期，异常情况仍然存在，变压器检修投运后离线跟踪数据见表6，在线监测数据见表7。

通过表6、表7 可见，在线、离线数据发展趋势基本接近，同时总烃都在短期内超过注意值150 μL／L，设备内部极可能还存在故障。考虑到设备未经真空注油，在固体绝缘纸板、绝缘纸和残存在底部的油中还有残存的故障气体，这些气体在新设备投运过程中会慢慢溶解到变压器油中，同时由于变压器油在检修时并未全部排干净，剩余的变压器油中气体也会溶解到油中，这个剩余的油保守按照0.3t考虑等等，这些影响因素在溶解平衡过程需要一定的时间（一般在3个月以内），会对产气速率的故障判断和三比值造成影响，因此，必须采用极限值估算对比来进行故障反推判断。

表6 变压器检修投运后离线跟踪数据 μL／L

表7 变压器检修投运后在线监测数据 μL／L

此变压器约用绝缘纸板2t，规格为4cm×2 200cm×4 800cm 绝缘纸10张，成像木2t，通过公式（3）估算在溶解平衡后这些硬绝缘中溶解气体残留增加浓度，同时根据残留油0.3t计算残留油增加的体积比（见表8）。

在此进行一个故障的反推，假定每天变压器都按照GB 7252—2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的绝对产气速率极限进行产气（见表9）。

表8 变压器油未参与脱气处理的残留体积比μL／L

表9 GB7252—2001推荐的隔膜式变压器油中气体绝对产气速率注意值 mL／d

假定每天都按照极限值产气，同时将硬绝缘和残存油中溶解气体平衡值和真空脱气后数值（表10）相加得到一个脱气后运行的极限理论值，与实际值比较，见表11。

表10 某变电所1号主变产气故障极限理论值μL／L

从上述比较可知，2012年7月30日开始总烃实测值就开始比发生故障的极限理论值大，且增长较快，证明设备内部存在故障，而CO 未超过极限值，证明故障未涉及固体绝缘。此时根据跟踪数据表6进行故障分析如下。

将表6中2012年9月10日跟踪数据代入公式（1），得到温度估算值t＝567.18℃。

根据公式（2），由表6中气体浓度及时间差结合变压器油重r 计算0.075 6 mL／min，根据温度567.18℃，由变压器油裂解产气速率与温度的关系，K 取0.02mL／（mm2·min），2012年9月10日面积估算：S＝3.78mm2。

采用2012年9月10日数据，根据特征气体法判断为500℃裸金属过热，改良三比值法计算比值为021，属于300～700℃中温过热，综合判断为500～700℃过热故障。

表11 某变电所1号主变产气极限反推数据 μL／L

三种方法对故障的判断均相互吻合，对铁心接地电流进行测量，均为100mA 以内，证明已无铁心多点接地故障。结合检修前后故障的特性相似，推断可能为同一物如细金属丝，在前期多点接地的故障在电流冲击脱落后回落造成铁心局部短路。后来进行的一系列跟踪中，数据在前一段的增长较短时间后，后面基本趋于稳定，证明故障已经趋于稳定。

3 结束语

油中溶解气体分析作为电力变压器故障诊断的权威和成熟的技术一直被广泛使用，本文在一台变压器故障分析中采用油中溶解气体分析法，准确进行了设备故障分析，指出在故障判断中，不仅要对故障类型及故障状况有一个准确的判断和系统性分析，还要在分析中采用特征气体法和三比值法等多种不同类别的方法同时进行判别和印证，最终得到较为准确的结果。

［1］Q／CSG 1 0007—2011电力设备预防性试验规程［S］.

［2］操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查［M］.中国电力出版社，2005.

［3］杨民周.用总烃安伏曲线法判断主变压器过热时的故障回路［J］.变压器，1992，（11）：37－40.