刘 钊，纪 鹏，白 杨

（1.国网河北省电力有限公司保定供电分公司，河北 保定 071000；2.国网北京电力交易中心有限公司，北京 西城 100031；3.保定天威保变电气股份有限公司，河北 保定 071000）

充油设备内部故障发生的过程是复杂的，不能仅通过单一检测手段进行诊断并妄下结论，须采用全方位立体检测方案进行分析即带电测试与停电检查结合、油化试验与高压试验相辅相成互补长短。对运行的变压器按照设备周期取油样并进行油中溶解气体分析，能够非常灵敏、有效地发现绝缘老化、受潮、铁芯多点接地等缺陷，目前我国采用的改良三比值法（简称“三比值法”）在判断过热型缺陷时存在不足之处[1]。因此当变压器发生缺陷时要结合铁芯电流检测、红外测温及停电高压试验等手段综合分析才能快速诊断并处理缺陷，为变压器及电网安全稳定的运行提供经济可靠的全方位保障[2]。

1 故障基本情况

2019年6月25日试验人员对某35kV变电站内35kV 2号主变进行周期性油中溶解气体分析时发现该设备油化数据异常，其铭牌参数为型号：SZ9-10000/35；出厂日期：2008-05-01；额定容量：10MVA。

2 油中溶解气体分析

试验人员于6月25日发现2号主变油化数据异常后于6月28日进行了追踪，具体数据如表1所示。

由表1可见，6月25日乙炔含量34.96μL/L超过标准中规定的注意值5μL/L，总烃含量447.55μL/L超出规程规定150μL/L注意值[3]，同时特征气体乙烯、乙烷及甲烷增长迅速，基本可以判定该设备存在缺陷。总烃含量与上一个周期相比相对产气速率为54.49%，远超标准规定10%的注意值，说明该缺陷发展迅速。6月28日追踪数据与25日相比变化不大。

如表2所示，通过改良三比值编码计算其编码为“122”，对应“低能放电兼过热”故障[4]，怀疑该缺陷是不同电位之间的火花放电，引线与穿缆套管（或引线屏蔽管）之间的环流，同时怀疑是有载分接开关油箱渗漏导致主变本体油化数据超标。

表2 改良三比值编码计算

3 停电检查性试验结果分析

检修试验人员于7月1日将该主变停运，进行全方位检查性试验。试验时天气情况小雨转阴，湿度65%，温度20℃。当天依次进行了外观检查及红外测温、绕组各分接直流电阻试验、短路阻抗试验、高低压绕组绝缘电阻试验、高低压绕组介质损耗及电容量试验、串谐耐压试验、有载分接开关吊检及试验、铁芯绝缘电阻试验。

试验人员首先对该主变进行了绕组全分接直流电阻试验，高低压各绕组直阻数据均满足规程规定[4]，说明绕组无短路或开路现象。该主变短路阻抗初值差及三相阻抗电压互差满足规程要求，表明该主变绕组未发生形变。随后进行的高、低压绕组绝缘电阻及介质损耗测试数据无异常，可初步判断该设备无绝缘受潮或老化等现象。在对该主变进行的串联谐振耐压试验过程中无闪络、异响等异常现象，表明该主变主绝缘良好。检修人员随后对该主变有载分接开关进行了吊检，对其内部的螺栓进行了紧固，对触头进行了打磨，未发现有载分接开关油箱存在渗漏现象，所以基本排除了有载分接开关油箱渗漏导致的主变本体油化数据超标的情况。

试验人员首先从主变底部接地点进行了铁芯绝缘电阻测试，所用试验电压1000 V绝缘电阻为0 MΩ。为了排除接地引下线缆的影响，再次安排了主变顶部铁芯接地引出套管处复测，试验电压1000 V绝缘电阻仍为0 MΩ。该结果不满足试验规程要求“铁芯绝缘电阻≥100 MΩ”[5]，表明该主变存在铁芯多点接地的情况，并且具有“金属性直接短接”的特征[6]。

4 解体检查结果

工作人员将现场检查情况综合汇报工区，随即将该主变退出运行。7月16日该退运主变被运回厂家进行解体检查。将主变绕组连同铁芯吊出后发现铁芯存在下沉现象。将吊出铁芯放置在水平托盘上进行铁芯对地绝缘电阻试验，试验电压1000 V绝缘电阻0 MΩ，将铁芯吊起5 cm复测绝缘电阻为800 MΩ，这表明当铁芯及绕组整体放置在水平托盘上时，部分铁芯硅钢片已接触到底部金属托盘。

同时发现底部硅钢片边缘有积碳如图1所示，为绝缘油高温过热的产物。

图1 铁芯硅钢片接地点

5 缺陷原因分析

5.1 缺陷发生过程

综合分析油中溶解气体分析、停电高压试验及解体检查的结果，可以判断这是一起由于铁芯多点接地引起的变压器内部过热缺陷。变压器在运行时，铁芯和夹件必须一点接地，如果再产生一点及以上接地，则接地点间就会形成闭合回路，造成环流，引起局部过热，导致油分解产生乙炔、乙烯等特征气体，严重时会造成铁芯硅钢片烧毁，局部过热扩大，形成恶性循环，造成变压器烧毁的重大事故[7]。

在此缺陷案例中，通过三比值法对油中溶解气体分析得出的结论为“122-低能放电兼过热”故障，如不同电位之间的火花放电，引线与穿缆套管（或引线屏蔽管）之间的环流等，并未明确指向“铁芯多点接地”。而在三比值法故障类型判断表中“铁芯多点接地”故障对应的三比值编码共5个分别是：“020-低温过热（150～300℃）”“021-中温过热（300～700℃）”“002-高温过热（高于700℃）”“012-高温过热（高于700℃）”及“022-高温过热（高于700℃）”。由此可见对于此案三比值法对缺陷类型的判断并不准确[4]。

5.2 四比值法再分析

通过研究绝缘油在不同温度下的产气情况，发现随着温度不断增高变压器油解列产生的特征气体氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）的产气速率依次达到最大值。基于上述热动力学理论观点1974年德国技术人员总结提出了涉及上述5种特征气体的四比值分析法并延用至今，所谓四比值是指CH4/H2、C2H6/CH4、C2H4/C2H6及C2H2/C2H4。随后研究发现第二对特征气体比值C2H6/CH4仅能有限反映变压器油故障时热分解时的温度范围，1977年国际电工学会在大量理论和实践基础上将C2H6/CH4删去后加以改进形成了今日多国应用的三比值法[8]。

四比值法应用时与三比值类似，对应表3、表4将油中溶解气体各组份浓度比值进行计算：比值小于1即编码“0”；大于1即编码“1”；比值在1附近时说明此缺陷在变化过程中，该比值可为“0”也可为“1”，需要综合考虑[1]。

表4 四比值法故障性质判断表

由表5可知通过计算得出此案四比值编码为“1010-循环电流及（或）连接过热”，对应表3中的缺陷类型为“铁件或油箱出现不平衡电流”，较三比值法得出的结论，能更清晰明确地反映出此缺陷为铁芯多点接地缺陷。

表5 四比值编码计算

四比值法较三比值法多出的比值C2H6/CH4能有效反映出过热类型缺陷的温度信息，因此实际工作中对于油中溶解气体分析过程中采用改良三比值法的同时可利用四比值法辅助分析，用来弥补三比值法对于过热型缺陷分析判断的不足[8]。

6 检修策略及建议

厂家人员计划将铁芯地脚用绝缘板垫起5 mm高度，使下沉铁芯与变压器外壳保持一定安全距离，避免发生多点接地情况。同时紧固固定螺栓。

铁芯多点接地时，通常运行中铁芯电流值大于100 mA，变压器内部热点温度较高，C2H6、C2H4增长较快，油色谱分析结果通常为低能火花放电并有局部过热特征，亦可能伴有少量H2和C2H2产生。非金属短接特征的铁芯多点接地通常表现为铁芯绝缘电阻很低但不为0，金属直接短接特征的铁芯多点接地缺陷通常表现为铁芯绝缘电阻为0。

对于有铁芯接地引出的35 kV及以上变压器按试验周期进行铁芯电流带电检测试验同时严格按照周期对在运变压器进行油中溶解气体分析，关注特征气体及产气速率。当油化数据超标时采用三比值法为主四比值法为辅的方法判断。如果以上检查试验结果分析判断符合铁芯多点接地特征，停电检查时只须进行铁芯绝缘电阻测试验证即可，可省去其他不必要的检查试验。对于无铁芯接地引出的变压器，条件允许时对其进行改造将铁芯接地单独引出，方便开展铁芯接地电流检测。