解决方案︱一起变压器修后绝缘油出现乙炔原因分析及处理
2015第二届轨道交通供电系统技术大会
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神华国华三河发电有限责任公司的研究人员宋晓波，在2015年第8期《电气技术》杂志上撰文，变压器绝缘油色谱数据的变化，往往反映了变压器一定的缺陷。本文通过跟踪变压器绝缘油的色谱数据变化趋势，结合近期的检修状况和试验数据进行综合分析，分析出了绝缘油中出现乙炔的原因，并提出了处理方法，最终验证分析正确。
变压器绝缘油色谱数据的变化，往往反映了变压器一定的缺陷。本文通过跟踪我厂#2高厂变修后绝缘油的色谱数据变化趋势，并结合近期的检修状况和试验数据进行综合分析，分析出了绝缘油中出现乙炔的原因，并提出了处理方法，最终验证分析正确。
1 故障实例
#2髙厂变型号为SFF-40000/23，由保定变压器厂制造，该变压器因在2008年11月28日低压侧母线短路事故中损坏，于2009年1月修复返厂，修复中对变压器绕组进行了整体更换，采用最新换位导线工艺，材质采用自粘半硬铜材质，于2009年1月投入运行。至今已运行4年，期间经历过两次小修，工作均为常规性检查及预防性试验，未进行吊罩检修。
2013年4月#2机组大修，修后6月19日对#2高厂变绝缘油进行色谱分析，油中出现乙炔2.9ul/l，见下表1。
表1 2013年#2高厂变修后色谱数据
2 油中出现乙炔原因分析
2.1 乙炔的产气原因
绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，由于电或热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂，又重新化合成低分子烃类气体，根据温度和能量的不同，依次产生甲烷、乙烷、乙烯、乙炔，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。
变压器绝缘油中乙炔产生的途径主要有以下几个方面：电弧、火花放电等因素；和变压器电弧放电或运行中局部过热超过700℃。此外，其他的常见因素还有：1）变压器油在处理过程中加热器温度过高或滤油机加热装置不合理；2）变压器油质量本身质量问题，比如使用再生油做原料进行净化处理；3）补焊，变压器注满油后，发现焊缝渗油补焊或补焊其他零件。
2.2历史数据分析
在调取#2高厂变2013年之前的历次油色谱数据中，均未有乙炔出现且其他组份气体均在合格范围之内，见下表2。
表2 修前#2高厂变历次油样化验色谱及水分
2013年5月#2高厂变检修过程中的色谱数据进行分析，见下表3：
表3 修中#2高厂变油样化验色谱及水分
由表2、表3数据可以看出，该变压器修前及修中绝缘油各项色谱数据均正常，确认变压器修前无缺陷。
2.3 修后分析
6月19日机组启动并网后，对#2高厂变色谱进行化验，发现含有2.9ul/l乙炔。连续跟踪1周色谱数据如下表4：
表4 带电1周内#2高厂变绝缘油色谱数据
从上表的数据，可以看出随着时间的推移乙炔的含量没有发生明显的变化及增长，其他烃类气体也无明显变化，检修期间进行的变压器油微水含量分析试验、变压器绕组绝缘电阻、吸收比试验、绕组tgδ测试、泄漏电流测试等试验，数据均正常。
另，从#2高厂变2013年6月投运后的数据分析，①乙炔含量无增长趋势，烃类气体稳定，因此判断不存在电弧及火花放电现象；②变压器滤油后化验色谱数据均合格后方进行注油，排除加热装置及变压器油本身质量问题。
为进一步确定产气原因，回顾#2高厂变主要检修工作，除常规性检查及预防性试验外还进行了如下工作：5月17日厂家技术人员到厂（其中一名焊工）处理#2高厂变渗漏点，撤油至顶部大盖左右后对其渗漏点进行补焊处理。
焊工对#2高厂变低压侧第一组冷却器下法兰母管裂纹（见下图1中焊点1、2）进行电焊堵漏，焊接前已将冷却器上、下法兰截门关闭（见图2中1、2），焊接结束后将冷却器中变压器油经放油孔（见下图1中3）放掉，并打开冷却器上法兰对冷却器进行冲洗约十分钟。
工作前对#2高厂变取油进行色谱及水分化验，并将变压器油放至专用油罐进行滤油，油取样化验合格，向#2高厂变回注至原油位后打开第一组冷却器上下法兰。
图1 变压器第一组冷却器下部焊点示意图
图注：1-散热器底部连管与本体法兰交界处焊点 2-散热器底部与连管交界处焊点 3-散热器底部放油塞
2.4综合判断
综上，初步分析#2高厂变压器A修后产生乙炔的原因为：#2高厂变散热器底部联管焊接后，虽进行放油处理，但因散热器为片散式，无强油循环，残油无法彻底排尽，焊接产生的气体遗留在片散内，变压器投运后铁心和线圈把热量首先传给在其附近的油，使油的温度升高。
温度高的油体积增加，比重减小，就向油箱的上部运动。冷油将自然运动补充到热油原来的位置。这样，因油温的差别，产生了油的自然循环流动。既热油从变压器油箱的上部，沿散热器的内表面向下流，在向下流的过程中把热经片散传给空气，被冷却的油从散热器下部进入油箱，然后经各油道上升，在上升过程中把线圈和铁心的热量带走，热油又汇于油箱上部（见下图2，箭头代表油流方向）。这样，周而复始不断循环，焊接产生的气体慢慢扩散至本体内部。
图2 片散式冷却器油循环示意图
图注：1-散热器上法兰 2-散热器下法兰
3 运行措施及处理
3.1 运行措施
1）运行中加强绝缘油色谱数据分析，前10天每天取样分析色谱数据，并分析变化趋势，以后缩短取样周期（由3月/次缩短至1周/次），并跟踪乙炔及其他特征气体变化趋势（见下表5），当乙炔含量出现明显增长时，应立即组织召开专题分析会；
2）加强变压器日常巡视检查，跟踪变压器声音、温度变化。
表5 运行中#2高厂变绝缘油部分色谱数据
3.2 停机处理
1）对变压器油进行脱气处理；2）变压器油合格后，继续热油循环直至油中无乙炔，且其他气体在合格范围内。2014年8月，#2机组检修中，按照既定措施对#2高厂变绝缘油中乙炔问题进行了治理。通过预防性试验数据与历次试验数据对比，无明显变化趋势，同时对变压器绝缘油进行脱气处理，详细处理流程见下图3。
图3 #2高厂变绝缘油处理流程
经过上述处理，分别取变压器本体、油枕及散热器底部共3个油样进行化验，数据均合格且一致，在连续跟踪1、4、10、30天色谱中烃类气体含量，数值平稳见表6。这也充分验证了此前关于变压器绝缘油中出现乙炔原因的分析，即变压器内部确无异常，故障气体确由电焊造成。
表6 停机处理后#2高厂变绝缘油色谱数据
4 总结
（1）当检修投运后出现乙炔，应综合分析机组启动前色谱数据，考虑合闸冲击对变压器的影响，通过连续跟踪色谱数据及电气参数变化以进一步判明故障原因，同时首先应排除检修过程中的产气因素，如焊接作业措施不当，分接开关位置移动造成接触不良等；
（2）当运行中出现乙炔时，应高度关注，此时可能变压器内部存在放电或电弧，这时的色谱数据呈异常变化趋势，应结合产气速率和产气量进行分析，必要时需立即停电处理，避免扩大事故。
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