论文部分内容阅读
摘要：根据新安江水力发电厂2号主变本体油中氢气含量在满负荷运行初期迅速超注意值，总烃产气速率超注意值的情况，从变压器的选材、工艺和结构上进行探讨和分析。认为该主变本体内氢气含量的异常增长主要是绝缘清漆引起的，总烃产气速率超注意值是变压器满负荷运行时油冷却效果不良引起的局部低温过热所致。
关键词：氢气含量；特征气体；热析气性；满负荷运行；绝对产气速率
作者简介：斯素芳（1965-），女，浙江绍兴人，华东电网新安江水力发电厂化学监督组副组长，工程师。（浙江 建德 311608）
中图分类号：TM411 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）06-0147-02
利用气相色谱法进行变压器油中溶解气体分析，根据油中特征气体的组分和浓度的变化规律运用《变压器油中溶解气体分析及判断导则》来判断变压器内部潜伏性故障，这一技术已成为变压器运行监督最有效的手段。
然而，导则仅仅提供了分析诊断的基本框架，实际应用中变压器的制造及所用材料，大型变压器的运行状况，变压器辅助设备运行是否正常等都会对诊断结果造成一些冲击及挑战。许多干扰因素如不加以排除，往往会引起误判断。现就新安江水力发电厂（以下简称“我厂”）2号主变油色谱数据异常情况加以分析说明。
一、2号主变概况
2号主变由合肥ABB公司设计制造，设备型号为SFP9—300000/220kV,采用强油循环风冷冷却系统，油重56吨（变压器油采用克拉玛依炼制的25号环烷基油），于2001年12月17日投入运行。
二、2号主变油色谱异常状况与分析
我厂２号主变于2001年12月投入运行。该变压器运行前和投运初期各项试验数据均合格。但自2002年５月三台机组满负荷运行（我厂的运行方式是三机一变）后，本体内氢气含量急剧上升，并且迅速超注意值,在线检测仪频频报警。于是对该主变进行色谱跟踪分析并且测定油的微水、击穿电压和主变红外测温试验。油性能试验数据见表1。
1.异常增长原因分析
根据表1试验数据，绝缘油的击穿电压、微水合格，不存在绝缘油受潮，油中水分分解引起氢气含量升高的可能。该主变在2002年５月８日～５月21日期间，油中氢气组分的绝对产气速率为923ml/d，已大大超注意值（10ml/d）。三比值法判断为010低能量密度的局部放电故障。
但是根据特征气体法，变压器油纸绝缘中存在局部放电故障时，其主要特征气体是氢气、甲烷、一氧化碳，次要气体是乙炔、乙烷和二氧化碳。而且一般情况下，氢气含量占氢烃总量的90%以上，甲烷占烃总量的90%以上。现2号主变本体内油中氢气含量占氢烃总量的90%以上，但甲烷含量与烃总量之比只有50%左右，乙炔含量无，所以虽然特征气体接近低能量局部放电但不完全符合局部放电故障的性质。
仔细观察2号主变氢气含量的增长趋势可以看出：2号主变氢气含量的猛增是在变压器满负荷运行后出现的，其氢气含量的增长与负荷、油温的关系如图1所示。
从以上氢气含量与负荷、油温的关系曲线可以看出：氢气含量在变压器满负荷运行初期增长很快，但在一段时间的满负荷运行后开始稳定，负荷和油温下降后，又呈下降趋势，然后又趋于稳定。由此可以看出该主变内引起氢气组分含量增长的因素并非是持续性的，而是暂时因素引起的，是在变压器满负荷运行这一特定的条件下发生的，并且随着变压器满负荷运行的继续氢气含量不再增长。
根据国内统计资料显示：由于制造工藝和材质上的原因，某些新投运的变压器在投运初期油中氢气含量呈上升趋势并且超注意值，其他特征气体没有异常，运行半年至一年后达到稳定并呈下降趋势。上海市区供电公司2001年化学监督总结显示：该公司20MVA主变中就有31台氢气含量超注意值，其中26台呈下降趋势，3台含量稳定，剩余呈上升趋势的2台为投运一年左右的设备，且其他特征气体没有异常。经与制造厂联合分析认为制造工艺是引起氢气含量超标的主要原因。
华东电力试验研究院顾国诚高工曾经针对上海供电部门35KV、20MVA主变氢气含量迅速超注意值的情况做过油种的热解产气试验和材料的析氢相容性试验。
试验证明：25号变压器油的热解析氢量高于10号变压器油；产生氢气最突出的材料为清漆（油温达到80℃左右），其次是橡皮、塑料和不锈钢；试验中均未产生乙炔，对乙烯和乙烷的影响很小；加有除清漆以外全部材料的油样析氢量似受到抑制，明显低于各材料单独产氢量之和。
我厂 2号主变内充的是25号变压器油，出厂前制造厂在器身干燥后带油紧固过程中曾经对铁芯局部部位进行过补绝缘清漆工作。这部分绝缘清漆未进行高温固化。而试验证明，清漆在油温达到80℃左右时就会分解出大量的氢气。故我厂 2号主变本体内油中氢气含量的异常增长很有可能是这部分清漆在设备满负荷运行初期进一步固化分解引起的。随着满负荷运行的继续，这部分绝缘清漆固化完全，不再分解释放，所以油中氢气含量趋于稳定。
2.异常增长因素分析
从色谱跟踪分析数据表中可以看出：自2002年5月24日开始，2号主变本体油中氢气含量趋于稳定，但总烃含量随着满负荷运行时间的延长而不断增长。根据色谱跟踪分析结果绘制的2号主变本体油中总烃含量的增长与负荷、油温的关系如图2所示。
图2显示2号主变本体内总烃含量在设备满负荷运行期间持续增长，但在运行负荷下降后又趋于稳定状态。说明该总烃的增长与变压器运行负荷有直接关系。而且变压器运行负荷下降后引起总烃增长的因素可能不存在了。
虽然总烃的绝对值未超注意值，但产气速率已大大超过注意值。其中2002年5月23日～2002年7月15日期间（连续满负荷运行期），总烃产气速率为48.74(ml/d)，大大超过总烃产气速率注意值（12ml/d）。2002年8月5日～2002年9月11日期间（不连续满负荷运行期），总烃产气速率为15.18(ml/d)，虽有所下降但也超注意值。故2号主变本体油中总烃的这种增长并非正常现象。总烃产气速率在连续满负荷运行期间最大是注意值的３倍，而在间断满负荷运行期间则大幅下降到只有注意值的１倍多，并且负荷大幅下降运行后总烃又无增长趋势。由此可以断定变压器的连续满负荷运行是引起总烃异常增长，产气速率超注意值的直接原因。
根据特征气体分析，该主变内油中总烃主要组分为甲烷、乙烷，乙烯微量、无乙炔，甲烷含量大于乙烷，明显属于低温过热故障的数据特征。由于其中氢气含量的大幅增长是特殊因素引起的，故三比值法在此失去了判断效果。但是鉴于总烃增长与负荷的这种特殊关系，该变压器总烃的异常增长很可能是满负荷运行时油的冷却效果不良引起的本体内局部低温过热所致。当变压器满负荷运行时就有可能发生由于器身温度的升高而造成油循环不彻底处油的低温过热分解产气现象。当变压器的负荷下降时，由于器身温度和油温都比较低，这种低温过热现象就自然消除了。从变压器的色谱数据与总烃和负荷的关系曲线上也体现出这一点。
经过一段时间运行跟踪分析变压器，我厂对此主变冷却系统进行彻底检查，发现冷却系统上的一台风扇电机由于质量问题已不能再使用。经更换风扇电机并且现场真空滤油，滤去高含量的氢气后投入运行，主变本体色谱数据趋于正常。
三、结论和建议
（1）以上几点分析可以认为２号主变本体内氢气含量异常增长是由于制造厂在铁芯带油紧固时所补的绝缘清漆引起的。总烃绝对产气速率超注意值是变压器满负荷运行时冷却器由于风机损坏冷却效果不好而引起的局部低温过热所致。
（2）建议制造厂在改进制造工艺的同时，还应考虑材料是否会促进绝缘油生成氢、低分子烃、CO及CO2等涉及判断设备故障和性质的气体，从而进行相应的析气相容性试验。
（3）应用色谱分析判断变压器内部故障时应结合设备的具体情况综合分析，排除一切可能的干扰因素，作出正确的判断。这样才能更好地指导设备的故障检修工作。
参考文献：
[1]操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京:中国电力出版社,2005.
[2]变压器油中溶解气体分析和判断导则（DL/T722——2000）[S].
[3]顾国诚.变压器油中氢气含量异常的实验与认识[J].华东电力,1997,(9).
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：氢气含量；特征气体；热析气性；满负荷运行；绝对产气速率
作者简介：斯素芳（1965-），女，浙江绍兴人，华东电网新安江水力发电厂化学监督组副组长，工程师。（浙江 建德 311608）
中图分类号：TM411 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）06-0147-02
利用气相色谱法进行变压器油中溶解气体分析，根据油中特征气体的组分和浓度的变化规律运用《变压器油中溶解气体分析及判断导则》来判断变压器内部潜伏性故障，这一技术已成为变压器运行监督最有效的手段。
然而，导则仅仅提供了分析诊断的基本框架，实际应用中变压器的制造及所用材料，大型变压器的运行状况，变压器辅助设备运行是否正常等都会对诊断结果造成一些冲击及挑战。许多干扰因素如不加以排除，往往会引起误判断。现就新安江水力发电厂（以下简称“我厂”）2号主变油色谱数据异常情况加以分析说明。
一、2号主变概况
2号主变由合肥ABB公司设计制造，设备型号为SFP9—300000/220kV,采用强油循环风冷冷却系统，油重56吨（变压器油采用克拉玛依炼制的25号环烷基油），于2001年12月17日投入运行。
二、2号主变油色谱异常状况与分析
我厂２号主变于2001年12月投入运行。该变压器运行前和投运初期各项试验数据均合格。但自2002年５月三台机组满负荷运行（我厂的运行方式是三机一变）后，本体内氢气含量急剧上升，并且迅速超注意值,在线检测仪频频报警。于是对该主变进行色谱跟踪分析并且测定油的微水、击穿电压和主变红外测温试验。油性能试验数据见表1。
1.异常增长原因分析
根据表1试验数据，绝缘油的击穿电压、微水合格，不存在绝缘油受潮，油中水分分解引起氢气含量升高的可能。该主变在2002年５月８日～５月21日期间，油中氢气组分的绝对产气速率为923ml/d，已大大超注意值（10ml/d）。三比值法判断为010低能量密度的局部放电故障。
但是根据特征气体法，变压器油纸绝缘中存在局部放电故障时，其主要特征气体是氢气、甲烷、一氧化碳，次要气体是乙炔、乙烷和二氧化碳。而且一般情况下，氢气含量占氢烃总量的90%以上，甲烷占烃总量的90%以上。现2号主变本体内油中氢气含量占氢烃总量的90%以上，但甲烷含量与烃总量之比只有50%左右，乙炔含量无，所以虽然特征气体接近低能量局部放电但不完全符合局部放电故障的性质。
仔细观察2号主变氢气含量的增长趋势可以看出：2号主变氢气含量的猛增是在变压器满负荷运行后出现的，其氢气含量的增长与负荷、油温的关系如图1所示。
从以上氢气含量与负荷、油温的关系曲线可以看出：氢气含量在变压器满负荷运行初期增长很快，但在一段时间的满负荷运行后开始稳定，负荷和油温下降后，又呈下降趋势，然后又趋于稳定。由此可以看出该主变内引起氢气组分含量增长的因素并非是持续性的，而是暂时因素引起的，是在变压器满负荷运行这一特定的条件下发生的，并且随着变压器满负荷运行的继续氢气含量不再增长。
根据国内统计资料显示：由于制造工藝和材质上的原因，某些新投运的变压器在投运初期油中氢气含量呈上升趋势并且超注意值，其他特征气体没有异常，运行半年至一年后达到稳定并呈下降趋势。上海市区供电公司2001年化学监督总结显示：该公司20MVA主变中就有31台氢气含量超注意值，其中26台呈下降趋势，3台含量稳定，剩余呈上升趋势的2台为投运一年左右的设备，且其他特征气体没有异常。经与制造厂联合分析认为制造工艺是引起氢气含量超标的主要原因。
华东电力试验研究院顾国诚高工曾经针对上海供电部门35KV、20MVA主变氢气含量迅速超注意值的情况做过油种的热解产气试验和材料的析氢相容性试验。
试验证明：25号变压器油的热解析氢量高于10号变压器油；产生氢气最突出的材料为清漆（油温达到80℃左右），其次是橡皮、塑料和不锈钢；试验中均未产生乙炔，对乙烯和乙烷的影响很小；加有除清漆以外全部材料的油样析氢量似受到抑制，明显低于各材料单独产氢量之和。
我厂 2号主变内充的是25号变压器油，出厂前制造厂在器身干燥后带油紧固过程中曾经对铁芯局部部位进行过补绝缘清漆工作。这部分绝缘清漆未进行高温固化。而试验证明，清漆在油温达到80℃左右时就会分解出大量的氢气。故我厂 2号主变本体内油中氢气含量的异常增长很有可能是这部分清漆在设备满负荷运行初期进一步固化分解引起的。随着满负荷运行的继续，这部分绝缘清漆固化完全，不再分解释放，所以油中氢气含量趋于稳定。
2.异常增长因素分析
从色谱跟踪分析数据表中可以看出：自2002年5月24日开始，2号主变本体油中氢气含量趋于稳定，但总烃含量随着满负荷运行时间的延长而不断增长。根据色谱跟踪分析结果绘制的2号主变本体油中总烃含量的增长与负荷、油温的关系如图2所示。
图2显示2号主变本体内总烃含量在设备满负荷运行期间持续增长，但在运行负荷下降后又趋于稳定状态。说明该总烃的增长与变压器运行负荷有直接关系。而且变压器运行负荷下降后引起总烃增长的因素可能不存在了。
虽然总烃的绝对值未超注意值，但产气速率已大大超过注意值。其中2002年5月23日～2002年7月15日期间（连续满负荷运行期），总烃产气速率为48.74(ml/d)，大大超过总烃产气速率注意值（12ml/d）。2002年8月5日～2002年9月11日期间（不连续满负荷运行期），总烃产气速率为15.18(ml/d)，虽有所下降但也超注意值。故2号主变本体油中总烃的这种增长并非正常现象。总烃产气速率在连续满负荷运行期间最大是注意值的３倍，而在间断满负荷运行期间则大幅下降到只有注意值的１倍多，并且负荷大幅下降运行后总烃又无增长趋势。由此可以断定变压器的连续满负荷运行是引起总烃异常增长，产气速率超注意值的直接原因。
根据特征气体分析，该主变内油中总烃主要组分为甲烷、乙烷，乙烯微量、无乙炔，甲烷含量大于乙烷，明显属于低温过热故障的数据特征。由于其中氢气含量的大幅增长是特殊因素引起的，故三比值法在此失去了判断效果。但是鉴于总烃增长与负荷的这种特殊关系，该变压器总烃的异常增长很可能是满负荷运行时油的冷却效果不良引起的本体内局部低温过热所致。当变压器满负荷运行时就有可能发生由于器身温度的升高而造成油循环不彻底处油的低温过热分解产气现象。当变压器的负荷下降时，由于器身温度和油温都比较低，这种低温过热现象就自然消除了。从变压器的色谱数据与总烃和负荷的关系曲线上也体现出这一点。
经过一段时间运行跟踪分析变压器，我厂对此主变冷却系统进行彻底检查，发现冷却系统上的一台风扇电机由于质量问题已不能再使用。经更换风扇电机并且现场真空滤油，滤去高含量的氢气后投入运行，主变本体色谱数据趋于正常。
三、结论和建议
（1）以上几点分析可以认为２号主变本体内氢气含量异常增长是由于制造厂在铁芯带油紧固时所补的绝缘清漆引起的。总烃绝对产气速率超注意值是变压器满负荷运行时冷却器由于风机损坏冷却效果不好而引起的局部低温过热所致。
（2）建议制造厂在改进制造工艺的同时，还应考虑材料是否会促进绝缘油生成氢、低分子烃、CO及CO2等涉及判断设备故障和性质的气体，从而进行相应的析气相容性试验。
（3）应用色谱分析判断变压器内部故障时应结合设备的具体情况综合分析，排除一切可能的干扰因素，作出正确的判断。这样才能更好地指导设备的故障检修工作。
参考文献：
[1]操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京:中国电力出版社,2005.
[2]变压器油中溶解气体分析和判断导则（DL/T722——2000）[S].
[3]顾国诚.变压器油中氢气含量异常的实验与认识[J].华东电力,1997,(9).
（责任编辑：麻剑飞）