變壓器故障一般因設計缺陷、制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量以及日常維護不當所致，為減少變壓器故障的發(fā)生，開(kāi)展變壓器潛在、運行故障的預報和準確判斷是非常重要的。油浸式電力變壓器故障診斷中，電氣試驗往往很難發(fā)現某些局部過(guò)熱和放電缺陷，變壓器油中色譜分析對變壓器內部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的 早期診斷非常有效。變壓器發(fā)生過(guò)熱、放電、內部絕緣受潮故障時(shí)，變壓器油和固體絕緣材料發(fā)生分解而產(chǎn)生特征氣體(H，CH等)，這些氣體大部分溶解到油中，變壓器油內部的特征氣體含量就會(huì )逐漸增加，不同的故障類(lèi)型產(chǎn)生的主要特征氣體和次要特征氣體也不同，通過(guò)油色譜分析油中氣體 含量能及時(shí)有效發(fā)現油中故障或潛在故障。
通過(guò)變壓器油中溶解氣體對變壓器內部故障進(jìn)行診斷的方法主要通過(guò)特征氣體、產(chǎn)氣速率、三比值法加以綜合分析判斷來(lái)實(shí)現。
1變壓器故障分析與處理
1.1變壓器故障分析
變壓器內部主要絕緣材料為絕緣油、絕緣紙和絕緣板。變壓器正常運行時(shí)，其內部油紙絕緣材料在熱和電作用下，會(huì )逐漸老化和分解產(chǎn)生少量H2、低分子烴類(lèi)氣體及CO、CO2等氣體，故油中H2、總烴及CO、
CO2等氣體含量輕微增長(cháng)屬正?，F象。變壓器內部發(fā)生故障時(shí)，特征氣體產(chǎn)生的速度和數量會(huì )迅速增加。不同的絕緣介質(zhì)，不同性質(zhì)的故障，分解產(chǎn)生的特征氣體成分是不同的。因此分析油中氣體的成分、含量及其隨時(shí)間增長(cháng)的規律，就可以判斷故障的性質(zhì)及發(fā)展 情況。
油和固體絕緣材料在電和熱的作用下會(huì )產(chǎn)生特征氣體，而不同類(lèi)型的故障，特征氣體組成是不同的。變壓器每一種故障對應典型的特征氣體，典型特征氣體能靈敏的反映故障類(lèi)型。變壓器正常運行時(shí)，絕緣油老化過(guò)程產(chǎn)生的氣體主要是CO、CO2；油紙絕緣中局部放電時(shí)，油裂解產(chǎn)生的氣體主要是H2和CH4；油紙絕緣受潮時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是 H2；低溫過(guò)熱時(shí)，主要產(chǎn)生CH4；中溫過(guò)熱主要產(chǎn)生C2H4和C2H6；C2H2是高溫過(guò)熱及電弧放電的典型特征氣體；過(guò)熱故障涉及固體絕緣時(shí)，會(huì )產(chǎn)生較多的CO、CO2。因此，可以根據主要特征氣體組成來(lái)初步判斷故障類(lèi)型。
通過(guò)油中色譜含量分析，獲悉油中特征氣體含量，可以對故障做出初步判斷，但還需結合產(chǎn)氣速率和三比值法，考察故障的嚴重性及發(fā)展趨勢。由于變壓器的結構、絕緣材料、保護絕緣油的方式和運行條件等差別，如發(fā)現故障時(shí)，一般需縮短油化試驗周期，并結合氣體分析的歷史數據、運行記錄和其他電氣試驗結果，綜合分析，做出正確判斷。
1.2 變壓器故障處理
本文針對變壓器運行中出現O2和N2含量增長(cháng)，而特征氣體未見(jiàn)增長(cháng)的現象，跟蹤油中特征氣體含量增長(cháng)的趨勢，綜合分析故障產(chǎn)生原因。首先，油中H2、總烴及CO、CO2等氣體含量輕微增長(cháng)屬絕緣油老化引起的，因此可以排除變壓器過(guò)熱、受潮和放電故障；其次，由于O2和N2是空氣的主要組成成分，而油中O2和N2含量增長(cháng)較快，故導致油中含氣量增長(cháng)的原因可能是變壓器膠囊破損或管路閥門(mén)密封不嚴。因此需要進(jìn)行變壓器整體密封檢查和絕緣油處理，消除隱患，確保變壓器穩定可靠運行。
1)膠囊檢查。膠囊破損檢查的方法一般有膠囊氣壓試驗、膠囊內部檢查等。膠囊氣壓測試的重要方法是膠囊能保壓12h及以上，但若膠囊破損非常小，往往膠囊也能保壓12h及以上。因此本文結合實(shí)際檢修經(jīng)驗，省去膠囊氣壓試驗步驟，而是將膠囊內部檢查與充氣檢查結合起來(lái)，綜合判斷膠囊破損情況。
2)整體密封性檢查。將破損膠囊更換后，需對變壓器進(jìn)行整體密封性檢查，查找其他漏氣點(diǎn)，并及時(shí)處理。向儲油柜膠囊內充入干燥空氣，壓力為20～30kPa時(shí)，停止充氣，保壓的過(guò)程中檢查閥門(mén)、管路及箱沿等位置，若有發(fā)現密封不嚴，需檢查處理，將漏氣故障消除。
3)變壓器油處理。在新膠囊更換且整體密封檢查正常后，該主變需進(jìn)行油處理。變壓器油處理是保證變壓器絕緣油質(zhì)量、電氣化學(xué)性能的重要手段。結合變壓器實(shí)際運行情況，優(yōu)化完善變壓器油處理流 程和工藝，能有效地提高變壓器檢修質(zhì)量。變壓器油處理過(guò)程中，確保油路和氣路暢通，避免因堵塞等因素引發(fā)濾油設備故障，從而對變壓器造成損傷。
第一步: 熱油循環(huán)。變壓器熱油循環(huán)遵循“上進(jìn)下出”的原則，確保油從變壓器底部流出，經(jīng)濾油機后從變壓器上部流入，熱油循環(huán)示意圖。首先，熱油循環(huán)管路連接，變壓器本體底部出油閥同真空濾油機進(jìn)油閥相連，變壓器本體上部進(jìn)油閥同濾油機 出油閥相連。然后，開(kāi)啟真空濾油機，變壓器熱油循環(huán) 開(kāi)始，油循環(huán)時(shí)間不低于48h、油循環(huán)油量不少于變壓器總油量的3倍且油化數據合格后停止油循環(huán)過(guò)程。熱油循環(huán)過(guò)程中，保持油枕呼吸管路暢通。濾油過(guò)程 中油溫控制在65℃左右(±5℃)，在這個(gè)范圍內濾油效果最好，溫度偏低濾油效果差，溫度偏高容易加速油老化甚至裂解。第二步: 變壓器靜置。油處理后靜置時(shí)間不得少于 72 h，靜放期間應對各排氣塞多次排氣。
第三步: 油化試驗。熱油循環(huán)結束前及變壓器靜置后，對絕緣油取樣化驗。油化試驗是保證油處理合格的重要指標。絕緣油試驗項目包含: 色譜分析、含氣量、微水、擊穿電壓、介損。
2 案例分析
某電站22號主變壓器是雙繞組三相升壓油浸式電力變壓器，冷卻方式為強迫油循環(huán)水冷，油箱為桶式全真空結構，儲油柜為膠囊式全真空結構，額定容量840MV·A，額定電壓為550/20kV，2007年6月投運。自2015年7月以來(lái)，油中含氣量持續上升，且接近注意值3%，而油中總烴和H2含量增長(cháng)不明顯，O2和N2含量上升比較明顯(數據見(jiàn)表1)。由于O2和
N2 是空氣的主要組成成分，而油中O2和N2含量增長(cháng)較快，故導致油中含氣量增長(cháng)的原因可能是變壓器膠囊破損或管路閥門(mén)密封不嚴。
由于導致油中含氣量增長(cháng)的原因可能是變壓器膠 囊破損或管路閥門(mén)密封不嚴。因此，首先需檢查膠囊是否破損，然后再檢查變壓器整體密封性能。若要檢查膠囊是否破損，需打開(kāi)膠囊頂部蓋板，檢查膠囊內部情況。若膠囊內沒(méi)有檢查到油跡，則需向膠囊內充干燥空氣，進(jìn)一步確認膠囊情況。本文通過(guò)膠囊檢查和整體密封性檢查，發(fā)現膠囊破損是導致故障的原因，最 后通過(guò)膠囊更換和絕緣油處理，故障消除。故障查找及處理流程見(jiàn)圖2。
2.1 前期準備
前期主要設備轉場(chǎng)，包括濾油機、儲油罐、廢油罐提前進(jìn)場(chǎng)并定點(diǎn)擺放。濾油管路清洗，其他工器具準備。
2.2 膠囊內部檢查
打開(kāi)油枕頂部蓋板，用專(zhuān)用內窺鏡檢查膠囊內部，發(fā)現膠囊內壁掛有油漬，故判斷膠囊可能破損，需排油更換新膠囊。
2.3 膠囊充氣檢查
首先油枕排油。油枕排油通過(guò)自流方式，即依靠油自身的重力將油排至油罐中。其次，膠囊取出。檢修人員穿好專(zhuān)用防油服，通過(guò)人孔進(jìn)入油枕并取出膠囊; 最后，將膠囊外表面清洗干凈后舒展開(kāi)，并向膠囊內充入干燥空氣，保證膠囊鼓起并有一定壓 力。1～2h后檢查發(fā)現膠囊外表面出現很多滲油點(diǎn)，并將滲油點(diǎn)標記。由圖3可知，滲油點(diǎn)主要集中在膠囊兩側中部偏上的位置。同時(shí)檢查發(fā)現油枕內壁中部偏上的位置有很多尖銳毛刺，最后將毛刺清除，并將油枕內部清理干凈。
在電力變壓器檢修導則及相關(guān)資料中，判斷膠囊是否破損的一種重要方法是膠囊能否保壓12h。根據現場(chǎng)檢修經(jīng)驗，有時(shí)雖然膠囊能保壓12h，但在膠囊內部及充氣檢查后，發(fā)現膠囊已破損。膠囊的作用是補償變壓器油由于熱脹冷縮引起的體積變化，該主變在長(cháng)期運行過(guò)程中，膠囊與油枕內壁擠壓，最終油枕內壁尖銳細小的毛刺將膠囊磨破，但由于毛刺很細小， 故造成膠囊的破損很微小，故在進(jìn)行氣壓試驗時(shí)，膠囊能保住壓力。
2.4 膠囊更換
將現場(chǎng)檢驗合格的新膠囊移入油枕內，固定新膠囊且檢查確認膠囊在儲油柜內自然伸展后封堵油枕蓋 板( 蓋板密封圈需更換) 。膠囊更換過(guò)程中，新膠囊更換前必須經(jīng)過(guò)充氣保壓檢驗，確保其密封性能; 新膠囊移入油枕內部過(guò)程中，確保新膠囊干凈，不能混入雜質(zhì)、水分。
2.5 變壓器油枕注油
通過(guò)油枕注排油閥注油，注油速度3～5t/h。注油過(guò)程中，本體和油枕之間的連通閥打開(kāi)，同時(shí)保持油 枕呼吸管路暢通。油枕進(jìn)油后不斷用橡膠錘敲擊儲油柜，使膠囊充分展開(kāi)。待油位與油位溫度對照表一致或略高后停止注油( 注油前油位計指針應調零，注油后確認無(wú)假油位，否則進(jìn)行調整) 。
2.6 整體密封性檢查
拆除呼吸器，安裝充氣裝置(含壓力表)；向儲油柜膠囊內充入干燥空氣，充氣的同時(shí)，打開(kāi)油枕頂部排氣塞，排盡氣體直至有油滲出后關(guān)閉排氣塞; 膠囊壓力為20～30kPa 時(shí)，停止充干燥空氣。膠囊內部氣壓保持12h，壓力無(wú)明顯變化，確認主變整體密封較好。
2.7 變壓器油處理
按照2.2中的流程進(jìn)行變壓器油處理。本次油化試驗項目包含: 色譜分析、含氣量、微水、擊穿電壓、介損，各項試驗數據合格。
3 結語(yǔ)
在變壓器檢修及制造廠(chǎng)家推薦的檢修規程中，膠囊密封測試的重要方法是膠囊能保壓12h及以上；但在實(shí)際檢修中，首先應檢查膠囊內部狀況，然后結合正壓密封性及膠囊充氣試驗，綜合判斷膠囊破損情況。
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