提高变压器安全运行课题及反措宣贯材料
§1 油中气体含量分析与故障诊断 1 变压器油中溶解气体分析方法简介
2 油中气体分析检测变压器等充油电气设备内部故障的原理 2.1 变压器内部故障的产气原理
变压器内部的绝缘油、纸、布、木头和漆等绝缘材料为碳氢化合物或碳水化合物，在分子中含有大量的CH3+、CH2++和CH+++化学基因，并且由C-C、C=C和C三C键键合在一起。当内部存在过热性或放电性故障时，可以使一些C-H键和C-C键断裂，伴随生成氢气和低分子烃类气体，在故障初期，
产气少，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，可能形成游离气体，并聚集到瓦斯继电器中。
2.2 变压器内部故障时的产气规律
根据故障模拟和大量的故障实例得知，油中气体的组成和含量与内部故障的类型和故障能量有较为明显的规律，具体情况如下表1所示。
表1 不同故障类型所产生的特征气体 故障类型 过热 主要组分 次要组分 油 CH4、C2H4 H2、C2H6 油+纸 CH4、C2H4、CO、CO2 H2、C2H6 油 H2、CH4 CO、C2H2 局部 放电 油+纸 H2、CH4 、CO C2H2、CO2 放电 油 H2、C2H2 CH4 、C2H4、C2H6 电弧 油+纸 H2、 C2H2、CO、CO2 CH4 、C2H4、C2H6 H2 油中气体放电或进水受潮 ／ 从表1可知： （1）不管哪种类型的故障，都会产生H2，而在放电性故障时，H2成为主要特征气体。 （2）当火花放电以上的放电性故障时，C2H2成为特征气体。
（3）当故障涉及到固体绝缘材料时， CO、CO2也成为特征气体。
（4）过热性故障时，主要特征气体是CH4 、C2H4，只有热点温度大于700℃时才会产生少量的C2H2（一般在5μl/L左右）。
2.3 变压器油中气体含量的注意值
变压器在正常运行时，也会产生少量的H2、CO、CO2和低分子烃类气体，只有当内部存在故障时，上表1中的特征气体才会明显产生，根据几万台的正常变压器和上千台故障变压器的统计，油中气体含量的注意值如下表2所示。
表2 油中溶解气体含量的注意值 μl/L 设备 变压器 和 电抗器 套管 气体 组分 总烃 乙炔 氢 甲烷 乙炔 氢 总烃 乙炔 氢 总烃 乙炔 氢 DL/T722-2000“导则” 150 5（330kV及以上<1） 150 100 2（330kV及以上<1） 500 100 2（220kV及以上<1） 150 100 3（220kV及以<2） 150 DL/T596-1996 150 5（500kV <1） 150 100 2（110kV及以下） 1（220kV～500 kV） 500 100 2（110kV及以下） 1（220kV及以上） 150 100 2 150 CT PT 在实际应用时，执行DL/T596-1996及福建省电力工业局1999年6月颁布的“电力设备交接及预防性试验规程实施细则”。
3 应用油中气体含量分析诊断变压器内部故障方法 3.1 常规诊断方法： （1）特征气体法 （2）三比值法
即：C2H2 / C2H4 CH4 / H2 C2H4 / C2H6 由5种不燃气组成三个比值，分为〈0.1、0.1～1、1–<3及≥3四个比值范围的三个编码（0，1，2）。 （3）TD图法 T（过热）、D（放电）图采用C2H2 / C2H4和CH4 / H2两个比值进行判断，当主要用来划分为局部过热，电晕放电，火花放电和电孤放电的区域。 3.2 判断的基本思想
（1）有无故障：进行三查
一查是否超过注意值，二查特征气体的产气速率，三查设备的有关情况。 （2）故障类型的判断 一般用三比值
（3）故障严重程度与发展趋势的判断
瓦斯气和瓦斯油中气体分析后进行平衡判据的计算 4 应用油中气体分析诊断故障注意的事项 （1）全密封取样
（2）操作和标定的统一规范
（3）结合设备的结构、检修、运行电气试验和油的相关试验作综合分析。 5 油中气体便携色谱分析
6 变压器油中气体在线监测 6.1 变压器运行状况
根据国电公司发输电部的调查资料得知：从1990～2001年的12年间全国电网内110kV及以上的变压器损坏671台，平均每年56台，我省从1990～2001年12年共损坏25台。其中2001年全国烧损63台，事故率为0.43%，我省烧损5台，事故率为1.25%，为全国平均事故率的3倍。在这些事故中发生在绕组和引线的事故占80%，而这些设备有85%为受到过电压冲击后发生放电性故障，要从根本上扭转目前主变事故较多的被动局面，就应当把重点放在如何早期检测出这些放电性隐患，采取有效措施，从而避免这些事故的发生。
6.2 常规试验室油中气体分析的不足之处——（1）检测周期长，不能适应局部放电性隐患的早期检出。（2）运行人员无法实时监视内部故障，操作环节多，误差也较大。 6.3 油中气体在线监测
（1）在线监测装置的要求：
a)快：即在故障气体明显产生后，20分钟内监测值有显著增长，乃至报警。 b)准：即当故障发生时，要准确无误地检出。
c)简：即装置在运行中为极少维护，最好为免维护。
油中气体在线监测装置的任务是要将危及主变安全最重要的局部放电性缺陷在火花放电阶段之前将其检出，以便为生产管理部门提供距事故1.5小时以上的时间进行综合诊断，采取措施来防止事故的发生。
（2）国内外油中气体在线监测装置性能比较： 目前国内外主要产品有9家，其性能如下表3所示。
附表3：国内外变压器油中气体水分在线监测装置的性能及应用情况
生产序厂家 号 东北电科院 重庆大学 气体采取方式 油气平衡时间（h） 检测方式及周期（h） 检测器 氢焰 氢焰.热导 气敏 检测灵敏度（ul/l） 0.5 0.5-5 检测组分 性能评价及使用情况 1 真空簿膜 高分子平面透膜 平面微孔高分子透膜 尼龙管束 平面高分子透膜 真空脱气 _____ 间断检测 1次/24h 1) CH4、C2H6、C2H4 、C2H2 2)H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4.、C2H2 H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2 1) 色谱间断检测. 灵敏度较高. 2) 设备多、维护工作量较大. 3) 东北等地使用近10台. 1) 色谱间断检测. 灵敏度较低. 2) 对故障响应慢 3) 需用载气. 4) 已使用几台. 1) 色谱间断检测, 灵敏度较高. 2) 平面膜易渗漏, 对故障响应较慢 3) 需用空气作载气. 4) 已在上海、福建、广西使用近10台. 1) 色谱间断检测. 灵敏度较高. 2) 对故障响应较慢 3) 需用N2作载气. 4) 在浙江使用近10台。 1) 连续检测. 灵敏度较高. 2) 平面膜易渗漏, 对故障响应较慢 3) 氢敏器件稳定性差. 4) 在河北、广西使用近10台. 1）色谱间断检测. 灵敏度较低. 2）需用空气作载气. 3）在全国使用10多套. 1）色谱间断检测. 灵敏度较高. 2）需用氦或氮作载气. 3）灵敏度较高. 4）在试用. 1）连续监测，灵敏度较低。 2）平面膜易渗漏, 对故障响应较慢 3）在国内使用近千台. 2 72 1次/72h 1-10 3 上海交大 宁波理工监测公司 国家电科院及北工大 日本三菱 美国魏德曼公司 加拿大魁北克电力公司 12 间断检测、1次/4-24h 间断检测、1次/24h H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2 热线型气敏 1-5 4 24 H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2 气敏 氢敏器件或化学传感器 气敏 1-5 5 24 连续检测 H2 3-5 6 ______ 间断检测、1次/24h 间断检测、1次/4-24h H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2 H2、CO、CO2、CH4、C2H6、 C2H4、C2H2 2-15 7 强油循环、4 尼龙管束 平面高分子透膜 气敏 1-5 8 12-24 连续检测 电化H2（100％）、CO（15％）、 学传C2H2（8％）、C2H4（2％） 感器 20 9 加拿大摩根公司 H2在20min后有50％透过量，强油1h达循环、到平尼龙衡. 管束 H2O 在5min后达到90% 连续检测 H2、 H2O 热导 湿敏 5 1 1）连续监测. 灵敏度较高。 2）油中H2平衡快. 3）运行中免维护. 4）在福建、浙江、山东、甘肃使用10多台.
§2 省网异常变压器情况及分析处理
课题组于2002年12月25日至2003年3月中旬，先后到泉州、福州、南平、三明、永安、龙岩等17个发供电单位对55台存在异常状态的变压器进行全面调查、分析、诊断，并提出具体预防事故措施。在调查期间，还参加福州南门1号、永安火电厂2号和泉州永和2号主变的故障分析和吊罩处理。
1设备缺陷分析
至2002年12月底省网内110kV及以上主变有55台存在不同程度的缺陷，占设备总台数的16.5%，经2002年3月前的检修，改造后目前尚存50台，14.7%。其中油中含量超标5台，绝缘降低11台，绕组中度变形1台，直流电阻超标3台，渗透油10台，油温偏高8台，套管爬距不够7台，绝缘结构不合理2台。
在这种55台中，有19台铝线圈，其中12台为薄绝缘结构（铝线圈为11台），这些变压器的抗短路能力差，一旦发生过电压冲击有可能造成损坏事故。
漳州地区变压器异常情况分析及处理意见 序安装地制造投运 设备型号 缺陷及原因 处理意见 号 点 厂 时间 1 漳州局SFSZL1- 西安19841.铝线圈、薄绝缘；2.1.运行20年，建议更新；2.在50000/110 东屿1变压年 目前油中气体和绕组测未更换前，应防止误操作和近号主变 器厂 试正常。 区短路，建议每2个月进行油中气体分析1次。 2 漳州局SFS1-31500沈阳19751.薄绝缘；2.目前油中气1.运行28年，建议更新；2.在/110 东屿2变压年 体和绕组测试正常。 未更换前，应防止误操作和近号主变 器厂 区短路，建议每2个月进行油中气体分析1次。 3 漳州局SFSZ8- 合肥1988铝线圈，两次吊罩均发1.建议改造成铜线圈，或更新；31500/110 江东2变压年 现垫块脱落，预压紧力2.在未更换前，应防止误操作和号主变 器厂 不足，抗短路能力差。 近区短路，建议每2个月进行油中气体分析1次。 4 漳州局SFZ9- 福州19981.制造厂工艺不规范，1.制造质量差，建议更新；2.在31500/110H 电力.11 兰田1抗短路能力较差；2.目未更换前，应防止误操作和近号主变 设备前运行尚正常。 区短路，建议每2个月进行油5 漳州局1996厂 中气体分析1次。 .12 颜厝1号主变 1998年发现绕组绝缘1.提前大修，对器身进行真空喷电阻低，油和绕组介损淋处理，同时处理油箱渗漏点；都偏大，经三次热油循2.处理之前每2个月测1次油微漳州局沈阳SFPSZ- 1994环处理后恢复正常，但水和油介损。 6 总山2变压120000/220 .2 2002年绝缘电阻又明号主变 器厂 显降低，但油质正常，经分析认为绕组受潮，目前油箱多处渗油。 2 提高主变安全运行可靠性的主要措施 与油气专业有关的有以下几点：
（1）把好设备源头关，杜绝不良设备进入电网，切实保证新主变的质量。
a)110kV及以上主变选用环烷基油，并对提供的新油进行识别。500kV主变选用瑞典尼纳斯变压器油。
b)对充气运输的主变，在设备就位后，排气之前对设备内部气体的露点进行测试，其值一般应不高于-39℃。
c)对新油质量除进行常规项目外，还要进行介损，界面张力和糠醛含量测试，500kV设备还应进行颗粒杂质测试。
（2）完善安装检修工艺，提高检修质量。 a) 在扣罩前须将存积底部的残油尽量排净。 b) 严格抽真空和真空注油工艺。
c)对运行15年以上主变的110kV及以上的套管，在大修时，应检查储油柜内部密封圈是否正明显老化，发现异常，应及时更换。 （3）加强运行维护管理 做好防潮防老化工作。
（4）提高电缆头的封装工艺，对污秽严重的3类区的形状作改变。 （5）防止雷击，近区短路。
（6）提高对变压器缺陷的诊断水平。
