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【内容摘要】通过油色谱分析一例高压并联电抗器油色谱特征气体突增的实例应用，介绍了根据油色谱特征气体进行设备故障判断和确定故障性质的有效方法，并验证其正确性。
【关键词】 高压电抗器油色谱分析故障诊断
中图分类号： TM854 文献标识码： A
引言
为适应地区经济建设和社会发展的需求，新疆电网正朝着大容量、远距离、超高压的方向发展，随着750 千伏超高压基础网架建设的快速发展，大容量变压器与高压线路并联电抗器也越来越多，其作用与重要性不言而喻。而在线监测装置已不只是简单的辅助设备，其中油色谱分析系统与定期色谱跟踪相结合的应用方式就极大地提高了变压器与高压电抗器运维过程中故障诊断的及时性和准确率。下面通过吐哈一线B相高压电抗器油色谱数据实例分析，阐述油色谱分析在设备故障诊断中的实际应用。
1 吐哈一线高压电抗器油色谱异常现象
型号 BKD-140000/800 额定电流（A） 303.11
额定容量（kvar） 140000 油重(kg) 28450
额定电压(kV) 800/√3 出厂日期 2012年2月
表1750kV吐哈一线B相高压电抗器铭牌数据
2012年5月31日，某750千伏变电站油色谱在线监测系统显示出吐哈一线高压电抗器B相油色谱数据中特征气体氢气、乙烯、乙炔、总烃等气体含量有异常增长现象。见表2
时间 组分含量（μL/L）
H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 总烃
5月31日00:33 186.3 41.81 87.86 20.08 0 1.95 499.44 110
5月31日12:33 1659.44 0 23 110.34 29.22 108.91 486.56 312.9
5月31日23:35 1486.41 0 28.11 64.49 36.46 107.19 495.97 236.3
6月01日01:35 1488.49 0 29.22 62.76 34.67 105.55 495.97 232.2
6月01日03:35 1490.96 0 23.14 63.48 34.4 105.05 499.44 226.1
6月01日05:35 1492.15 0 23 63.65 33.94 104.73 495.97 225.3
表2 2012年5月31至6月1日油色谱在线数据
2 故障识别
2.1 特征气体比较分析：
从表2中可以看出吐哈一线B 相高抗总烃和氢气的气体浓度都超过了150μL／L的油中溶解气体含量注意值。技术人员随后对电抗器取样进行离线便携式油色谱和试验室油色谱数据追踪比较分析，与最近一次试验数据相比较发现多种特征气体均严重超标。
日 期 H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 总烃 结论
05/07 111 46.99 543.61 41.67 20.63 6.44 4.22 72.96 乙炔含量超过注意值
05/31 4812 72.36 721.22 617.82 601.15 73.66 3059 4351.93 氢气、乙烯、乙烷、乙炔、总烃严重超标，怀疑设备内部有突发性高能量放电故障，建议立即停运
表3吐哈一线B相便携色谱分析仪实验数据
2.2 气体增长率分析：
实际工作中，由于某些原因有时内部并不存在故障的油设备中也会出现特征气体异常增长的现象，所以在判断设备是否存在故障及其严重程度时，必须考虑气体增长的趋势，也就是故障点的产气速率。尤其是当总烃含量超过正常值时，应计算产气速率来判断设备有无故障。
设备产气速率与故障消耗能量大小、故障部位、故障点的温度等情况有直接关系，通过对设备中产气速率的计算，可以判断故障的发展趋势。
绝对产气速率：即每运行日产生某种气体的平均值，下面就表3中总烃产气率进行计算分析：
=［(4315.93 – 72.96) / （24×24）］×（28.45/0.865）
=243 mL／d
式中：——绝对产气速率，mL／d；
Ci2——第二次取样测得油中某气体浓度，L／L；
Ci1——第一次取样测得油中某气体浓度，L／L；
△t——二次取样时间间隔中的实际运行时间（日），d；
G——设备总油量，t；
——油的密度，t／m3。
根据计算结果得知总烃产气率超过了正常值的3倍（0.5 mL／d），总烃含量也大于正常值的3倍，说明高压电抗器内部有严重故障，且故障发展迅速，应立即采取必要措施。
3类型判断
3.1应用三比值法判断故障类型
三比值法是判断充油电气设备故障类型的主要方法，用五种气体的三对比值（C2H2／C2H4、CH4／H2、 C2H4／C2H6）以不同的编码组合表示，三对比值的计算结果对应故障类型。编码规则和故障类型见表3、表4。
故障性质 比值编码组 典型例子
轻度局部放电
较严重的局部放电 010
110 由于油浸不完全，绝缘内含有气隙
气隙放电已导致固体绝缘有放电痕迹
低能放电
低能放电兼过热 202 212 200
220 222 不同电位的绝缘之间发生火花放电或悬浮电位发生火花放电；铁心接地铜片与铁心多点接地
高能放电
高能放电兼过热 102 112 101 100
120 121 122 绕组间或绕组对地之间的绝缘油发生电弧击穿
低于150℃的热故障
150～300℃的热故障 001
000 020 一般性的绝缘或导线过热
引线外包绝缘脆化；绕组油堵塞；铁心局部短路
300～700℃的过热故障
700℃以上的高温过热故障 021
002 022 铁心局部过热或局部短路；铁心和外壳产生涡流
表4故障类型表
气体比值范围 比值范围的编码
C2H2／C2H4 CH4／H2 C2H4／C2H6
<0.1 0 1 0
≥0.1～＜1 1 0 0
≥1～＜3 L 2 1
≥3 2 2 2
表5 编码规则表
吐哈一线B相高抗2012年5月31日应用三比值计算数据：
C2H2/C2H4 = 486.56/29.22 ≥3
CH4／H2 = 110.34/1659.44 <0.1
C2H4／C2H6= 29.22/108.91 <0.1编码组合 200。
吐哈一线B相高抗2012年6月1日应用三比值计算数据：
C2H2/C2H4 = 495.97/33.94 ≥3
CH4／H2 = 63.65/1492.15 <0.1
C2H4／C2H6= 33.94/104.73<0.1 编码组合 200。
根据数据三比值法计算得出的两组组合编码均为200，参照故障类别表及编码规则表判断故障性质可能是低能放电，怀疑设备内部存在潜伏性放电故障。
3.2 气体比值的图示法：
立方图是三比值的立体图示，使用立方图可以更直观的观察三比值的变化趋势，以及比值和故障的关系。三比值立方图示法比较适合利用计算机软件来反映比值关系，可以清楚地显示不同类型故障的发展趋势，从图一立方体示意图中直观的表示出故障类型为低能放电。
图一：800千伏高压电抗器油色谱三比值立方体示意图
4 故障处理：
吐哈一線B相高压电抗器在确定故障性质、发展趋势后立即停止运行，返厂进行了器身解体检查, 解体检查表明，在设备金属联接件的螺纹部分有黑色油泥，少量绝缘纸板与结构件接触摩擦的部位出现明显发黑碳化痕迹。通过对设备部件排查、自身结构特点以及对历史运行情况等因素进行综合判断后，最后认为振动摩擦是导致产品油色谱气体含量严重超标的原因。
图二：800千伏高压电抗器绝缘垫块摩擦发黑情况示意图
鉴于上述情况，厂家采取措施将铁心饼多点均布压紧有效抑制电抗器的振动问题，取消高抗上部大饼上的绝缘垫块，避免因绝缘垫块与铁轭接触面积过大，将芯柱铁芯饼的气隙材料更换为高强瓷垫块，增强其机械及电气性能。整改过程中及全面整改结束后高压电抗器进行了全面的测试检查，试验结果均正常，色谱合格。
5 结束语：
采用油色谱在线系统及其他带电预防性试验，定期分析溶解于设备油中的气体组分、含量及产汽速率，并结合运行设备的结构、运行、检修等情况，综合分析，判断在运设备是否存在故障以及故障的性质、发展趋势，可以达到不停电就能及时发现设备内部是否存在潜伏性故障并确定故障类型，有效避免疆电外送主要输变电设备重大损坏事故的发生。根据分析得出的不同的故障性质和类型，采取不同的处理措施，如缩短试验周期、加强监视、限制负荷、近期安排内部检查、立即停止运行等正确的处理手段，可以达到使高压电抗器长期安全、稳定运行的目的。
参考文献
［1］GB／T 7252－2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则
［2］Q/GDW 158－2007 电力设备预防性试验规程750千伏电力设备预防性试验规程
［3］张利刚 变压器油中溶解气体的成分和含量与充油电力设备绝缘故障诊断的关系
作者简介：田云龙、男、出生1972年10月、华北电力大学本科毕业、变电运行专业、1992年参加工作、从事变电运行工作17年，参与变电站运行规程、典型操作票、现场处置方案编制，参加变电站验收、投运，大修技改等工作。
【关键词】 高压电抗器油色谱分析故障诊断
中图分类号： TM854 文献标识码： A
引言
为适应地区经济建设和社会发展的需求，新疆电网正朝着大容量、远距离、超高压的方向发展，随着750 千伏超高压基础网架建设的快速发展，大容量变压器与高压线路并联电抗器也越来越多，其作用与重要性不言而喻。而在线监测装置已不只是简单的辅助设备，其中油色谱分析系统与定期色谱跟踪相结合的应用方式就极大地提高了变压器与高压电抗器运维过程中故障诊断的及时性和准确率。下面通过吐哈一线B相高压电抗器油色谱数据实例分析，阐述油色谱分析在设备故障诊断中的实际应用。
1 吐哈一线高压电抗器油色谱异常现象
型号 BKD-140000/800 额定电流（A） 303.11
额定容量（kvar） 140000 油重(kg) 28450
额定电压(kV) 800/√3 出厂日期 2012年2月
表1750kV吐哈一线B相高压电抗器铭牌数据
2012年5月31日，某750千伏变电站油色谱在线监测系统显示出吐哈一线高压电抗器B相油色谱数据中特征气体氢气、乙烯、乙炔、总烃等气体含量有异常增长现象。见表2
时间 组分含量（μL/L）
H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 总烃
5月31日00:33 186.3 41.81 87.86 20.08 0 1.95 499.44 110
5月31日12:33 1659.44 0 23 110.34 29.22 108.91 486.56 312.9
5月31日23:35 1486.41 0 28.11 64.49 36.46 107.19 495.97 236.3
6月01日01:35 1488.49 0 29.22 62.76 34.67 105.55 495.97 232.2
6月01日03:35 1490.96 0 23.14 63.48 34.4 105.05 499.44 226.1
6月01日05:35 1492.15 0 23 63.65 33.94 104.73 495.97 225.3
表2 2012年5月31至6月1日油色谱在线数据
2 故障识别
2.1 特征气体比较分析：
从表2中可以看出吐哈一线B 相高抗总烃和氢气的气体浓度都超过了150μL／L的油中溶解气体含量注意值。技术人员随后对电抗器取样进行离线便携式油色谱和试验室油色谱数据追踪比较分析，与最近一次试验数据相比较发现多种特征气体均严重超标。
日 期 H2 CO CO2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 总烃 结论
05/07 111 46.99 543.61 41.67 20.63 6.44 4.22 72.96 乙炔含量超过注意值
05/31 4812 72.36 721.22 617.82 601.15 73.66 3059 4351.93 氢气、乙烯、乙烷、乙炔、总烃严重超标，怀疑设备内部有突发性高能量放电故障，建议立即停运
表3吐哈一线B相便携色谱分析仪实验数据
2.2 气体增长率分析：
实际工作中，由于某些原因有时内部并不存在故障的油设备中也会出现特征气体异常增长的现象，所以在判断设备是否存在故障及其严重程度时，必须考虑气体增长的趋势，也就是故障点的产气速率。尤其是当总烃含量超过正常值时，应计算产气速率来判断设备有无故障。
设备产气速率与故障消耗能量大小、故障部位、故障点的温度等情况有直接关系，通过对设备中产气速率的计算，可以判断故障的发展趋势。
绝对产气速率：即每运行日产生某种气体的平均值，下面就表3中总烃产气率进行计算分析：
=［(4315.93 – 72.96) / （24×24）］×（28.45/0.865）
=243 mL／d
式中：——绝对产气速率，mL／d；
Ci2——第二次取样测得油中某气体浓度，L／L；
Ci1——第一次取样测得油中某气体浓度，L／L；
△t——二次取样时间间隔中的实际运行时间（日），d；
G——设备总油量，t；
——油的密度，t／m3。
根据计算结果得知总烃产气率超过了正常值的3倍（0.5 mL／d），总烃含量也大于正常值的3倍，说明高压电抗器内部有严重故障，且故障发展迅速，应立即采取必要措施。
3类型判断
3.1应用三比值法判断故障类型
三比值法是判断充油电气设备故障类型的主要方法，用五种气体的三对比值（C2H2／C2H4、CH4／H2、 C2H4／C2H6）以不同的编码组合表示，三对比值的计算结果对应故障类型。编码规则和故障类型见表3、表4。
故障性质 比值编码组 典型例子
轻度局部放电
较严重的局部放电 010
110 由于油浸不完全，绝缘内含有气隙
气隙放电已导致固体绝缘有放电痕迹
低能放电
低能放电兼过热 202 212 200
220 222 不同电位的绝缘之间发生火花放电或悬浮电位发生火花放电；铁心接地铜片与铁心多点接地
高能放电
高能放电兼过热 102 112 101 100
120 121 122 绕组间或绕组对地之间的绝缘油发生电弧击穿
低于150℃的热故障
150～300℃的热故障 001
000 020 一般性的绝缘或导线过热
引线外包绝缘脆化；绕组油堵塞；铁心局部短路
300～700℃的过热故障
700℃以上的高温过热故障 021
002 022 铁心局部过热或局部短路；铁心和外壳产生涡流
表4故障类型表
气体比值范围 比值范围的编码
C2H2／C2H4 CH4／H2 C2H4／C2H6
<0.1 0 1 0
≥0.1～＜1 1 0 0
≥1～＜3 L 2 1
≥3 2 2 2
表5 编码规则表
吐哈一线B相高抗2012年5月31日应用三比值计算数据：
C2H2/C2H4 = 486.56/29.22 ≥3
CH4／H2 = 110.34/1659.44 <0.1
C2H4／C2H6= 29.22/108.91 <0.1编码组合 200。
吐哈一线B相高抗2012年6月1日应用三比值计算数据：
C2H2/C2H4 = 495.97/33.94 ≥3
CH4／H2 = 63.65/1492.15 <0.1
C2H4／C2H6= 33.94/104.73<0.1 编码组合 200。
根据数据三比值法计算得出的两组组合编码均为200，参照故障类别表及编码规则表判断故障性质可能是低能放电，怀疑设备内部存在潜伏性放电故障。
3.2 气体比值的图示法：
立方图是三比值的立体图示，使用立方图可以更直观的观察三比值的变化趋势，以及比值和故障的关系。三比值立方图示法比较适合利用计算机软件来反映比值关系，可以清楚地显示不同类型故障的发展趋势，从图一立方体示意图中直观的表示出故障类型为低能放电。
图一：800千伏高压电抗器油色谱三比值立方体示意图
4 故障处理：
吐哈一線B相高压电抗器在确定故障性质、发展趋势后立即停止运行，返厂进行了器身解体检查, 解体检查表明，在设备金属联接件的螺纹部分有黑色油泥，少量绝缘纸板与结构件接触摩擦的部位出现明显发黑碳化痕迹。通过对设备部件排查、自身结构特点以及对历史运行情况等因素进行综合判断后，最后认为振动摩擦是导致产品油色谱气体含量严重超标的原因。
图二：800千伏高压电抗器绝缘垫块摩擦发黑情况示意图
鉴于上述情况，厂家采取措施将铁心饼多点均布压紧有效抑制电抗器的振动问题，取消高抗上部大饼上的绝缘垫块，避免因绝缘垫块与铁轭接触面积过大，将芯柱铁芯饼的气隙材料更换为高强瓷垫块，增强其机械及电气性能。整改过程中及全面整改结束后高压电抗器进行了全面的测试检查，试验结果均正常，色谱合格。
5 结束语：
采用油色谱在线系统及其他带电预防性试验，定期分析溶解于设备油中的气体组分、含量及产汽速率，并结合运行设备的结构、运行、检修等情况，综合分析，判断在运设备是否存在故障以及故障的性质、发展趋势，可以达到不停电就能及时发现设备内部是否存在潜伏性故障并确定故障类型，有效避免疆电外送主要输变电设备重大损坏事故的发生。根据分析得出的不同的故障性质和类型，采取不同的处理措施，如缩短试验周期、加强监视、限制负荷、近期安排内部检查、立即停止运行等正确的处理手段，可以达到使高压电抗器长期安全、稳定运行的目的。
参考文献
［1］GB／T 7252－2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则
［2］Q/GDW 158－2007 电力设备预防性试验规程750千伏电力设备预防性试验规程
［3］张利刚 变压器油中溶解气体的成分和含量与充油电力设备绝缘故障诊断的关系
作者简介：田云龙、男、出生1972年10月、华北电力大学本科毕业、变电运行专业、1992年参加工作、从事变电运行工作17年，参与变电站运行规程、典型操作票、现场处置方案编制，参加变电站验收、投运，大修技改等工作。