某大型電力變壓器含氣量偏高的原因分析

1、某大型電力變壓器含氣量偏高的原因分析蔡彬 許江盼 (中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，深圳，518124)摘要 隨著變壓器不斷向著高電壓、大容量方向發(fā)展，在其維護(hù)方面，需密切關(guān)注油中溶解氣體的分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的早期故障，油中氣體放電造成絕緣損壞的事故在高電壓下逐步凸顯，因此對(duì)油中氣體的總含量也引起了廣泛的關(guān)注。本文結(jié)合某變壓器在出現(xiàn)含氣量偏高后的處理過程，詳細(xì)分析變壓器含氣量高的主要原因，并結(jié)合目前大型電力變壓器的維護(hù)手段，提出在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和試驗(yàn)過程中需注意的環(huán)節(jié)，提高設(shè)備維護(hù)的質(zhì)量。關(guān)鍵詞 含氣量；滲漏；空氣；膠囊；負(fù)壓區(qū)1、油中含氣量過高的隱患隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展，變壓器的電壓等級(jí)、容量

2、不斷提高，氣體在變壓器中對(duì)于油紙絕緣的危害越來越被人們認(rèn)識(shí)和重視。特別是當(dāng)氣體中含氧量高時(shí)，將會(huì)加速絕緣油的老化并使油氧化，進(jìn)而腐蝕固體絕緣。有文獻(xiàn)研究指出，如果運(yùn)行中保持油中含氧量小于500L/L時(shí)，可以使絕緣油的老化減緩到1%，變壓器的壽命將延長(zhǎng)5倍。如果仍按照原有的壽命計(jì)算，則可以明顯提高變壓器的出力和運(yùn)行可靠性。除了我們重點(diǎn)關(guān)注的氧氣可能帶來老化方面的問題以外，油中含氣總量的大小對(duì)于變壓器的安全運(yùn)行也是有著不可忽視的影響。對(duì)于含氣量來說，在施加電壓較短時(shí)，即使油中溶解有大量的氣體，也不會(huì)影響介質(zhì)的耐壓強(qiáng)度。但是它對(duì)于游離放電卻有不可忽略的影響，因?yàn)闅怏w可以聚集起來形成氣泡，特別是當(dāng)溫度

3、和壓力驟然下降而形成氣泡時(shí)，其影響是較大的。這時(shí)，這種氣體在電廠中被拉成長(zhǎng)體，極易發(fā)生碰撞游離，甚至造成熱擊穿。這就是電暈放電的原理，如果氣體聚集在高場(chǎng)強(qiáng)的部位，更是極其危險(xiǎn)的。近十余年來，國(guó)內(nèi)經(jīng)常發(fā)生大型變壓器圍屏樹枝狀放電故障，究其原因，與油中存在氣體是密切相關(guān)的。因?yàn)榻^緣油中一般都存在氣體，在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，某些部位的氣泡將發(fā)生低強(qiáng)度起始放電，使油中分接更多的氣體，這些氣體聚集在繞組的表面和墊塊等高電場(chǎng)區(qū)域，隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，氣體會(huì)越來越多，這種放電將越來越強(qiáng)烈，最終使得圍屏紙板表面或夾層內(nèi)發(fā)生許多樹枝狀的碳化通道。反之，對(duì)于除氣質(zhì)量比較好的變壓器油容易吸收局部放電產(chǎn)生的氣體，而且

4、可以消除由于壓力等突然降低形成游離氣泡的可能性，從而防止了氣體聚集的危險(xiǎn)。因此，對(duì)于高電壓大容量變壓器油品質(zhì)量而言，不僅要求油中含氧量低，同時(shí)還要求總含氣量也低1。2、油中氣體的來源目前在進(jìn)行變壓器絕緣油常規(guī)分析中，氣體主要包括：氫氣(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氧氣(O2)和氮?dú)?N2).其中H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2屬于變壓器油內(nèi)絕緣材料(包括絕緣油和絕緣紙板)在電場(chǎng)和溫度條件下的特征分解產(chǎn)物，其主要可以用于對(duì)變壓器內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行判斷，而O2和N2則主要來源于空氣。因此，油中

5、的溶解氣體主要來源于兩個(gè)方面：內(nèi)部絕緣材料的分解；外界空氣中進(jìn)入變壓器內(nèi)造成氮氧含量的增高。3、原因查找及分析根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的要求，500 kV電力變壓器運(yùn)行中含氣量應(yīng)控制在3%以下2，某500 kV變壓器在日常運(yùn)行過程中，進(jìn)行例行取樣分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣油中含氣量偏高(參照同電壓等級(jí)電力變壓器的要求)，隨即加大了取樣頻率，發(fā)現(xiàn)在日常連續(xù)監(jiān)測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)含氣量有進(jìn)一步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。對(duì)含氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確認(rèn)油色譜參數(shù)均正常，較歷史數(shù)據(jù)也沒有明顯變化，含氣量主要的來源為空氣，表現(xiàn)為氮氧含量明顯偏高。隨即根據(jù)空氣可能的來源(包括：變壓器本體各法蘭有無滲漏、冷卻器油泵入口負(fù)壓區(qū)有無滲漏、有在線

6、監(jiān)測(cè)管線有無滲漏、平衡閥是否關(guān)嚴(yán)、膠囊有無滲漏、油枕本體有無滲漏、油枕內(nèi)有無存氣等)，制定了檢修的方案(注：此變壓器為新投產(chǎn)變壓器，投運(yùn)后未進(jìn)行過油脫氣的工作)。大修停電后，按照預(yù)先制定的方案對(duì)變壓器進(jìn)行了逐一的檢查，檢查的過程如下：3.1、油箱本體外觀檢查對(duì)變壓器本體各法蘭、部件、連接面進(jìn)行檢查，重點(diǎn)對(duì)油泵進(jìn)口部位進(jìn)行檢查，檢查無滲漏現(xiàn)象；由于檢查變壓器本體無明顯滲漏現(xiàn)象，而油枕多部件都存在和空氣直接接觸的現(xiàn)象，因此對(duì)于油枕各部件密封性檢查是本次排查的重點(diǎn)。3.2、對(duì)油枕頂部的油枕-膠囊平衡閥進(jìn)行檢查油枕-膠囊連接結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 主變油枕結(jié)構(gòu)圖圖1中，平衡閥聯(lián)通油枕呼吸器膠囊和油枕內(nèi)

7、部，呼吸器膠囊直接聯(lián)通空氣，如果平衡閥關(guān)閉不嚴(yán)，則會(huì)出現(xiàn)空氣從呼吸器經(jīng)過平衡閥進(jìn)入變壓器內(nèi)部的情況，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，則可能導(dǎo)致油中含氣量增高。而在變壓器安裝過程中，抽真空的過程中要求平衡閥打開，在注油后破真空前關(guān)閉，因此平衡閥可能存在操作不到位的情況。在停電后，搭制腳手架，對(duì)平衡閥進(jìn)行了檢查，檢查平衡閥已經(jīng)無法再操作，機(jī)械上已經(jīng)關(guān)閉到位。但是閥門本身的密封檢查還需通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。3.3、對(duì)油枕內(nèi)是否殘留氣體進(jìn)行檢查在確認(rèn)平衡閥已經(jīng)完全關(guān)嚴(yán)的情況下，打開油枕頂部排氣塞對(duì)油枕是否殘留有氣體進(jìn)行檢查，打開排氣塞后，明顯有明顯的氣流流出，持續(xù)時(shí)間約810 s后，不再感覺有明顯氣流。由于此變壓器為新投運(yùn)

8、的變壓器，因此判斷油枕內(nèi)殘留的氣體可能為安裝期間，在進(jìn)行油處理的過程中，排氣不充分殘留在油枕內(nèi)。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，氣體逐漸溶解于變壓器油中，可能對(duì)絕緣油的含氣量產(chǎn)生影響。3.4、對(duì)油枕膠囊進(jìn)行密封性檢查拆除油枕呼吸器，打開平衡閥，通入壓縮空氣，連接濾油機(jī)，對(duì)油枕進(jìn)行排油，將變壓器油排至瓦斯繼電器連管以下的位置，關(guān)閉瓦斯進(jìn)出口閥。3.4.1 油枕整體密封性檢查準(zhǔn)備充氣裝置，保持平衡閥在打開的狀態(tài)，通過呼吸器的法蘭注入0.2 bar（1 bar=105 Pa）干燥壓縮空氣，檢查油枕整體密封性，在保壓1 h后，壓力無明顯變化，確認(rèn)油枕整體無滲漏(主要驗(yàn)證油枕端部法蘭面、頂部排氣塞、呼吸器管道及法蘭

9、、各排污管道、抽真空閥門及管道等)。3.4.2 膠囊和平衡閥的密封性檢查在驗(yàn)證完油枕整體無滲漏后，對(duì)油枕進(jìn)行排氣，恢復(fù)至正常壓力，后關(guān)閉平衡閥，計(jì)劃對(duì)油囊和平衡閥的密封性進(jìn)行驗(yàn)證，類似之前的方法，再通入0.2bar的干燥壓縮空氣后進(jìn)行保壓試驗(yàn)，保壓1 h，壓力無明顯變化，工作人員判斷膠囊和平衡閥整體無滲漏。但是工作負(fù)責(zé)人在對(duì)此處試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)，此試驗(yàn)方法存在缺陷，無法驗(yàn)證膠囊和平衡閥的密封性，在油枕整體無滲漏的情況下，此種試驗(yàn)方式對(duì)于膠囊法蘭的油枕法蘭密封面的滲漏情況是無法驗(yàn)證的，如圖1所示，如膠囊的安裝法蘭和油枕的頂部法蘭之間的密封出現(xiàn)滲漏，在充入壓縮空氣時(shí)，膠囊和油枕實(shí)際上依然是一

10、個(gè)整體，如果此時(shí)發(fā)現(xiàn)滲漏，事實(shí)上出現(xiàn)滲漏的是油枕本體，而不是膠囊和平衡閥的密封出現(xiàn)問題。在發(fā)現(xiàn)此問題后，工作負(fù)責(zé)人要求工作人員在油枕本體進(jìn)行了開口，保證如果膠囊和油枕的密封面出現(xiàn)滲漏，壓力的變化可以準(zhǔn)確的顯示。再次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)經(jīng)過1 h后，壓力出現(xiàn)了明顯的下降，下降了0.07 bar左右，隨即對(duì)各個(gè)密封面進(jìn)行逐一的排除，包括對(duì)平衡閥油枕側(cè)法蘭面進(jìn)行封堵，對(duì)油枕和膠囊的密封面進(jìn)行檢查等，發(fā)現(xiàn)平衡閥關(guān)閉后密封良好，沒有滲漏；油枕和膠囊的密封面的固定螺栓有松動(dòng)的跡象，部分螺栓緊固不牢，造成密封面密封不良，日常期間氣體可能從呼吸器經(jīng)過此密封面進(jìn)入油枕內(nèi)部，造成油中氣體含量上升。后在恢復(fù)油枕開口位置密封后

11、，按照上述方法再次進(jìn)行了油枕整體密封性試驗(yàn)，確認(rèn)無滲漏。3.5變壓器整體密封壓力試驗(yàn)在對(duì)上述密封缺陷進(jìn)行處理后，打開變壓器瓦斯繼電器兩側(cè)閥門，按照變壓器安裝規(guī)范要求，對(duì)變壓器進(jìn)行抽真空、真空注油、脫水脫氣油循環(huán)和靜止排氣的流程，油樣分析結(jié)果合格，含氣量均在1%以下。在油樣靜止期間，通過呼吸器注入0.2 bar壓力的壓縮空氣，并保壓。在此種狀態(tài)下計(jì)算壓力釋放閥所在的變壓器頂部位置承受的壓力為0.5 bar（0.2 bar的氣壓+油枕約3 m高度的油壓）左右，變壓器最底部承受的壓力在1 bar以下（02 bar的氣壓+油枕高度的油壓+油箱本體高度的油壓）。持續(xù)保持壓力8 h，確認(rèn)變壓器各法蘭接頭、

12、各人空門密封等均無滲漏，變壓器整體密封檢查合格。3.6、原因確認(rèn)經(jīng)過上述查找過程的逐一驗(yàn)證，確認(rèn)該變壓器日常期間出現(xiàn)含氣量偏高的原因來自于2個(gè)方面：（1）變壓器安裝過程中進(jìn)行油處理時(shí)排氣不充分，氣體殘留在油枕內(nèi)，在變壓器運(yùn)行過程中，持續(xù)溶解于變壓器油中，影響其含氣量；（2）膠囊安裝過程中，與油枕本體法蘭面連接時(shí)，螺栓緊固不到位，導(dǎo)致密封面密封不良，運(yùn)行過程中空氣進(jìn)入影響含氣量；4、結(jié)論通過本次檢修中對(duì)該變壓器含氣量升高的查找過程，發(fā)現(xiàn)在變壓器安裝和維護(hù)過程中的一系列不合適行為都可能造成在變壓器運(yùn)行過程中，空氣進(jìn)入變壓器造成含氣量升高，影響變壓器運(yùn)行，其中，有如下幾個(gè)方面需要特別關(guān)注：（1）變壓

13、器本體油浸部分的滲漏可以通過外觀整體檢查、膠囊充壓檢查各部件有無滲漏等方式進(jìn)行檢查。（2）在變壓器注油完成后，進(jìn)行破真空的過程中，在破壞油枕內(nèi)部真空時(shí)，一定要在確認(rèn)平衡閥已經(jīng)完全關(guān)閉到位的狀態(tài)下，向膠囊內(nèi)充入壓縮空氣，待膠囊徹底展開后，對(duì)油枕內(nèi)部進(jìn)行充分的排氣，確保油枕內(nèi)變壓器油流流出穩(wěn)定；且應(yīng)至少進(jìn)行23次充膠囊排氣，在最后一次排氣的過程中，待油流流出穩(wěn)定沒有氣泡后，擰緊油枕排氣塞，確認(rèn)油枕內(nèi)氣體徹底排除，并確認(rèn)密封良好。（3）在運(yùn)行期間，油枕部分部位位于油面以上，運(yùn)行期間無法檢查，在安裝完成后必須要對(duì)其進(jìn)行密封保壓試驗(yàn)驗(yàn)證其密封良好。試驗(yàn)期間應(yīng)對(duì)膠囊-平衡閥以及油枕整體密封進(jìn)行分別驗(yàn)證。在驗(yàn)證膠囊-平衡閥密封時(shí)，一定要確保油枕本體有開口的部位才能進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)合格后，在恢復(fù)油枕開口部位密封后，還應(yīng)進(jìn)行整體密封保壓，確保密封完好。（4）目前關(guān)于油浸式變壓器整體查漏的技術(shù)，普遍采用的包括真空查漏、正壓查漏、油壓查漏等方面，受到現(xiàn)場(chǎng)溫度變化、表計(jì)準(zhǔn)確度等條件的限制，在細(xì)微的滲漏檢查方面