絕緣油中溶解氣體色譜分析

一、未嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)

對(duì)絕緣油中溶解氣體的色譜分析，按《導(dǎo)則》規(guī)定，新投運(yùn)的設(shè)備及大修后的設(shè)備，投運(yùn)前至少應(yīng)作一次檢測(cè)。如果在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行感應(yīng)耐壓和局部放電試驗(yàn)，則應(yīng)在試驗(yàn)后再作一次檢測(cè)。在投運(yùn)后的第4、10、30天，應(yīng)各做一次檢測(cè)。若無(wú)異常，可轉(zhuǎn)為定期檢測(cè)。

但對(duì)容量在120MVA及以上的發(fā)電廠(chǎng)升壓變壓器，還應(yīng)在投運(yùn)后的第一天增加一次?！?a href=http://cltuan.cn/czgc/ target=_blank class=infotextkey>規(guī)程》中只對(duì)新投運(yùn)的設(shè)備作了上述規(guī)定，但對(duì)大修后的設(shè)備本作規(guī)定。對(duì)發(fā)電廠(chǎng)的升壓變壓器也未作投運(yùn)后第一天增加一次檢測(cè)的規(guī)定。但卻增加了對(duì)500kV設(shè)備在投運(yùn)后第一天增加一次檢測(cè)的規(guī)定）。

對(duì)運(yùn)行中的變壓器和電抗器，《規(guī)程》中規(guī)定：330kV及以上的變壓器和電抗器（《導(dǎo)則》中還包括容量240MVA及以上，以及所有發(fā)電廠(chǎng)的升壓變壓器）3個(gè)月檢測(cè)一次；220kV變壓器和120MVA及以上的發(fā)電廠(chǎng)主變壓器6個(gè)月檢測(cè)一次；其余8MVA及以上的變壓器（《導(dǎo)則》中還包括66kV及以上的變壓器）1年檢測(cè)一次。

在我們所進(jìn)行過(guò)安全性評(píng)價(jià)的單位中，沒(méi)有一個(gè)單位認(rèn)真執(zhí)行了上述的所有規(guī)定。如新投運(yùn)和大修后的變壓器，在投運(yùn)后大都未在第4、10、30天各做一次檢測(cè)。一般只是在投運(yùn)后3個(gè)月或6個(gè)月，或1年時(shí)才進(jìn)行檢測(cè)。

二、絕緣油中溶解氣體超標(biāo)

（1）絕緣油中出現(xiàn)溶解氣體超標(biāo)不及時(shí)進(jìn)行處理?！?a href=http://cltuan.cn/czgc/ target=_blank class=infotextkey>規(guī)程》規(guī)定，運(yùn)行設(shè)備絕緣油中溶解氣體含量超過(guò)下列數(shù)值時(shí)應(yīng)引起注意：變壓器為：總烴>150ppm，氫>150ppm或乙炔＞5ppm（330kV及以上的變壓器為1ppm）；套管為：氫>500ppm，甲烷>100ppm，對(duì)110kV及以下的套管，乙炔＞2ppm，220~500kV的套管，乙炔>1ppm。

某發(fā)電廠(chǎng)一臺(tái)220kV啟動(dòng)變壓器，A相套管絕緣油中含氫量達(dá)1010.5ppm，超標(biāo)一倍多，乙炔含量達(dá)1806ppm，超標(biāo)近千倍，未及時(shí)進(jìn)行處理。有的單位的主變壓器，上述三項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度的超標(biāo)。有關(guān)人員認(rèn)為，規(guī)程中只提出應(yīng)引起注意，我們已經(jīng)注意了（實(shí)際上是無(wú)所作為），不會(huì)有什么問(wèn)題，因而毫不在意。

此外，《導(dǎo)則》中還規(guī)定：對(duì)出廠(chǎng)和新投運(yùn)的設(shè)備，變壓器和電抗器絕緣油中含氣量氫<10ppm、乙炔為0、總烴<20ppm；套管油中含氣量氫<150ppm、套管油中含氣量氫<150ppm、乙炔為0、總烴<10PPm。從交接記錄中可以看出，一些單位的設(shè)備大都超過(guò)了上述數(shù)值，在驗(yàn)收時(shí)運(yùn)行單位未向廠(chǎng)家提出問(wèn)題。

（2）溶解氣體產(chǎn)氣速率超過(guò)規(guī)定注意值未采取措施。對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備，絕緣油中溶解氣體的產(chǎn)氣速率限值，《規(guī)程》規(guī)定為：開(kāi)放式設(shè)備產(chǎn)氣速率>0.25ml/h，密封式設(shè)備產(chǎn)氣速率＞0.5ml／h，或相對(duì)產(chǎn)氣速率＞10％／月時(shí)，則認(rèn)為設(shè)備有異常。對(duì)330kV及以上的電抗器，當(dāng)出現(xiàn)痕量的乙炔<5ppm時(shí)，也應(yīng)引起注意。《導(dǎo)則》規(guī)定：總烴、乙炔、氫、CO和CO2的絕對(duì)產(chǎn)氣速率的注意值，開(kāi)放式的變壓器分別為6、0.1、5、50和100ml／h；隔膜式的分別為12、0.2、10、100和200ml／h。

當(dāng)運(yùn)行設(shè)備絕緣油中溶解氣體的產(chǎn)氣速率超過(guò)上述限值時(shí)，應(yīng)采取跟蹤檢測(cè)的辦法，監(jiān)視其發(fā)展趨勢(shì)，以便根據(jù)情況及時(shí)采取措施加以處理。

有的單位變壓器油中總烴和含氫量，從不到100ppm增加到150ppm以上，而且增長(zhǎng)速度已超過(guò)限值，從未進(jìn)行過(guò)跟蹤檢測(cè)。有的單位的3臺(tái)變壓器，投運(yùn)6年來(lái)變壓器油中總烴含量多次超標(biāo)，雖幾次脫氣處理后，總烴含量仍然不斷增長(zhǎng)直到超標(biāo)。有的還發(fā)生過(guò)套管爆炸事故。但該廠(chǎng)除了進(jìn)行變壓器油色譜分析和油質(zhì)試驗(yàn)外，未進(jìn)行過(guò)認(rèn)真分析，對(duì)《規(guī)程》中規(guī)定的其他檢測(cè)項(xiàng)目，大都未進(jìn)行檢測(cè)（當(dāng)某個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目出現(xiàn)問(wèn)題，無(wú)法進(jìn)行深入的分析時(shí)，通過(guò)其他檢測(cè)項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行綜合性分析，往往能揭示問(wèn)題的所在）。我們認(rèn)為對(duì)電氣設(shè)備，尤其是對(duì)高壓和超高壓電氣設(shè)備，不按規(guī)定的項(xiàng)目和周期進(jìn)行試驗(yàn)，如不進(jìn)行介質(zhì)損試驗(yàn)、不檢測(cè)繞組的直流電阻等，不可能對(duì)設(shè)備內(nèi)部的故障情況作進(jìn)一步的分析和判斷，是很危險(xiǎn)的。從技術(shù)管理上對(duì)設(shè)備的技術(shù)狀況難于做到心中有數(shù)，實(shí)際上是讓設(shè)備長(zhǎng)期處于盲目的運(yùn)行狀態(tài)。

又如某核電廠(chǎng)的500kV主變壓器，在1996年試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)三相總烴雖未超標(biāo)，但都有增長(zhǎng)趨勢(shì)。到1997年1月9日試驗(yàn)時(shí)，C相已超過(guò)注意值達(dá)188.9ppm，1997年2月24日試驗(yàn)時(shí)，又發(fā)現(xiàn)B相超標(biāo)達(dá)153.8ppm，A、C兩相繼續(xù)增長(zhǎng)（A相還未超標(biāo)、C相增達(dá)210ppm）。1997年5月13日進(jìn)行脫氣處理后測(cè)試，A、B、C三相總烴分別下降到68.8、61.6和41ppm。1997年6月18日測(cè)試時(shí)，三相都普遍增加了，到1997年7月24目測(cè)試時(shí)，C相已超標(biāo)達(dá)164.7ppm，A、C兩相也增加到接近注意值。1997年10月22日測(cè)試時(shí)，三相都超過(guò)注意值，分別為171.9、189.9和277.8ppm。1998年1月20日測(cè)試，三相分別增長(zhǎng)到192.6、233.7和304.2ppm。1998年2月26日第二次脫氣后測(cè)試，三相分別下降至13.1、8.1和11.1ppm，以后繼續(xù)跟蹤測(cè)試了8次，三相總烴仍呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)。到1998年9月9日測(cè)試時(shí)，有兩相已超過(guò)注意值，10月29日再次測(cè)試時(shí)，三相都全都超過(guò)注意值，分別為153.2、171.4和190ppm。當(dāng)年11月，邀請(qǐng)有關(guān)專(zhuān)家作技術(shù)鑒定。結(jié)論為低溫過(guò)熱，并提出一些進(jìn)一步進(jìn)行跟蹤檢測(cè)和研究改進(jìn)的建議，認(rèn)為短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生突發(fā)性損壞故障。可是運(yùn)行不久，C相就發(fā)生了爆炸事故。由此說(shuō)明，變壓器油中溶解氣體總烴、氫或乙炔超標(biāo)，或增長(zhǎng)速率超過(guò)限值，僅靠縮短檢測(cè)周期跟蹤測(cè)試分析和進(jìn)行脫氣處理是不夠的。有必要認(rèn)真對(duì)待，建議進(jìn)行大修檢查處理。

有的單位變壓器在歷次試驗(yàn)中從未發(fā)現(xiàn)油中含有乙炔，可是在最近一次試驗(yàn)中突然出現(xiàn)乙炔，但未超標(biāo)；有的變壓器在歷次試驗(yàn)中，雖然油中含有一定量的總烴、氫或乙炔，但均未超標(biāo)，可是在最近幾次試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)上述氣體有增長(zhǎng)趨勢(shì)。有關(guān)人員認(rèn)為沒(méi)有超標(biāo)，就未引起注意，這種麻痹思想是非常危險(xiǎn)的。

三、互感器絕緣油中含氫量嚴(yán)重超標(biāo)

在《規(guī)程》中，對(duì)互感器絕緣油中溶解氣體含量的注意值規(guī)定為：總烴100PPm、氫150ppm；110kV以下的電流互感器乙炔為2ppm；220~500kV的電流互感器乙炔為1ppm；各電壓等級(jí)的電壓互感器均為2ppm。

互感器中絕緣油中氫氣嚴(yán)重超標(biāo)，也有發(fā)生過(guò)爆炸事故的。如某臺(tái)220kV電流互感器含氫量超標(biāo)，雖然連續(xù)進(jìn)行過(guò)兩次脫氣處理，投運(yùn)后雖然含氮量減少了，但運(yùn)行不久，含氫量又不斷增長(zhǎng)。有關(guān)人員對(duì)此現(xiàn)象不但沒(méi)有提高警惕，反而產(chǎn)生了麻痹情緒，直到含氫量增達(dá)1000ppm以上發(fā)生爆炸，將附近的變壓器套管和斷路器炸壞了。事故后檢查發(fā)現(xiàn)原來(lái)是電流互感器油紙絕緣中存在局部放電故障。

四、對(duì)變壓器油中出現(xiàn)的CO和CO2含量增長(zhǎng)普遍注意不夠

在《導(dǎo)則》中規(guī)定了CO和CO2含量的注意值。當(dāng)CO2／CO>7時(shí)，可能設(shè)備的固體絕緣材料已出現(xiàn)老化；當(dāng)CO2／CO<3時(shí)，有可能是固體裁絕緣材料的溫度已高于200℃。

在安全性評(píng)價(jià)中我們發(fā)現(xiàn)，從許多單位提供的對(duì)絕緣油溶解氣體的檢測(cè)數(shù)據(jù)中，CO和CO2含量已有明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，有的甚至使成倍增長(zhǎng)，大都毫不在意，聽(tīng)之任之。

針對(duì)上述問(wèn)題提出以下處理建議：

（1）按規(guī)定的項(xiàng)目和周期對(duì)絕緣油中的溶解氣體進(jìn)行檢測(cè)，是監(jiān)視變壓器、電抗器和互感器安全運(yùn)行的一種重要手段。絕緣油是由許多不同分子量的碳?xì)浠衔锓肿咏M成的混合物，這些碳?xì)浠衔镉蒀－C鍵鍵合在一起。由于局部放電或過(guò)熱故障的結(jié)果，使某些C－H鍵和C－C鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔镒杂苫＿@些氫原子或自由基通過(guò)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類(lèi)氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。當(dāng)故障能量較大時(shí)，也可能聚集成游離氣體。低能量故障，如局部放電，通過(guò)離子反應(yīng)，促使最弱的C－H鍵斷裂，重新化合成氫氣而積累。乙炔一般是在800～1200℃下生成。大量乙炔是在電弧的弧道中產(chǎn)生的。因此，可以說(shuō)乙炔是放電性故障的特征氣體。

這些從油中分解出的故障氣體，形成氣泡，通過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散，不斷地溶解在油中。其組成和含量，與故障的類(lèi)型及其嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。因此，定期對(duì)變壓器油中溶解的氣體進(jìn)行色譜分析，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。

在變壓器中能造成過(guò)熱性故障的原因，是由于在導(dǎo)電回路中分接開(kāi)關(guān)接觸不良、引線(xiàn)接頭焊接或接觸不良、低壓繞組股間漏磁不均、在焊接接頭處造成的電位差及其渦流和匝間短路等，以及在磁路上鐵芯短路、鐵芯多點(diǎn)接地、漏磁或主磁通在某些部件上（如穿芯螺栓）引起的渦流發(fā)熱等造成。

能造成放電性故障的原因，是由于處在電場(chǎng)集中處的局部放電、某些應(yīng)接地而未接地的金屬部件上的懸浮電位放電以及變壓器受潮等原因引起的圍屏或撐條上的樹(shù)技狀放電、油流靜電放電等。

紙、層壓板或木塊等固體絕緣材料分子內(nèi)含有大量的無(wú)水右旋糖環(huán)和弱的C-O鍵及葡萄糖式鍵，其熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I要弱，并能在較低的溫度下重新化合。聚合物裂解的有效溫度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同時(shí)，生成大量的CO和CO2及少量的烴類(lèi)氣體，同時(shí)油被氧化。CO和CO2的形成不僅隨溫度而且隨油中氧的含量和紙的濕度增加而增加。所以，當(dāng)絕緣油中出現(xiàn)大量的CO和CO2時(shí)，可判斷設(shè)備中已出現(xiàn)低溫過(guò)熱現(xiàn)象。

（2）當(dāng)絕緣油中溶解氣體含量出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)或超過(guò)注意值時(shí)，說(shuō)明變壓器已出現(xiàn)異常，都要認(rèn)真對(duì)待，尤其是突然發(fā)現(xiàn)乙炔時(shí)，說(shuō)明在變壓器內(nèi)部已出現(xiàn)放電性故障，應(yīng)給予高度重視，及時(shí)組織技術(shù)分析，找出真實(shí)原因加以處理。一般當(dāng)溶解氣體出現(xiàn)變化就應(yīng)進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，并適當(dāng)縮短檢測(cè)周期。若系過(guò)熱性故障，產(chǎn)氣速度不高，應(yīng)堅(jiān)持每3個(gè)月跟蹤檢測(cè)分析一次。若發(fā)現(xiàn)各分組氣體的產(chǎn)氣速率已超過(guò)注意值或乙炔含量有增長(zhǎng)趨勢(shì)時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步縮短檢測(cè)分析周期，并加強(qiáng)監(jiān)視，觀(guān)察產(chǎn)氣率。并根據(jù)三比值法或其他經(jīng)驗(yàn)，初步判斷是否存在過(guò)熱或放電性故障。

（3）通過(guò)作繞組直流電阻、鐵芯接地電流、鐵芯對(duì)地絕緣電阻測(cè)定和空載試驗(yàn)、負(fù)荷試驗(yàn)等查找造成過(guò)熱性故障的原因。

（4）通過(guò)局部放電試驗(yàn)查找造成放電性故障的原因。造成放電性故障的原因已如上所述。按GB 1094.3規(guī)定，220kV及以上電壓等級(jí)的變壓器，在安裝后交接試驗(yàn)時(shí)和大修后都應(yīng)進(jìn)行局部放電試驗(yàn)。

（5）潛油泵的故障、有載分接開(kāi)關(guān)小油箱漏油，可引起色譜分析數(shù)據(jù)異常，常被誤認(rèn)為內(nèi)部有放電性故障，因此有必要檢查潛油泵內(nèi)部有無(wú)磨損或其他問(wèn)題；對(duì)裝有有載分接開(kāi)關(guān)的油箱，在大修時(shí)進(jìn)行抽真空檢查，發(fā)現(xiàn)滲漏及時(shí)進(jìn)行處理，以免造成誤判斷。

（6）通過(guò)上述檢測(cè)分析，若能找到真實(shí)原因和故障點(diǎn)，即應(yīng)進(jìn)行處理。若原因不明，可對(duì)變壓器油進(jìn)行脫氣處理，投運(yùn)后再繼續(xù)進(jìn)行跟蹤試驗(yàn)分析，直至將原因找出或氣體不再產(chǎn)生，或產(chǎn)氣平穩(wěn)不再增加為止。在脫氣處理中，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定進(jìn)行真空注油。

（7）對(duì)變壓器中出現(xiàn)大量CO和CO2的處理（美國(guó)西屋公司規(guī)定：CO2含量400ppm為合格，若達(dá)到1000ppm時(shí)，可能有缺陷）。由于變壓器油能從空氣中吸收CO2，開(kāi)放式變壓器油中溶解空氣的飽和量可達(dá)10％，設(shè)備里可能含有來(lái)自空氣中的300mL／L的CO2。

在封閉的設(shè)備里，空氣也可能通過(guò)泄漏處進(jìn)入變壓器油中。因此用這種方法來(lái)判斷固體絕緣問(wèn)題，準(zhǔn)確性較差。必要時(shí)應(yīng)從最后一次測(cè)試結(jié)果中減去上一次的測(cè)試數(shù)據(jù)，重新計(jì)算比值，以確定故障是否涉及到了固體絕緣。當(dāng)懷疑紙或紙板是否過(guò)度老化時(shí)，可用分析油中糠醛的含量來(lái)作這方面的輔助判斷。必要時(shí)可取紙樣做聚合度測(cè)量，進(jìn)行絕緣老化鑒定。某發(fā)電廠(chǎng)一臺(tái)500kV變壓器，自1996年投運(yùn)后，到1999年先后做了20次色譜分析，有12次總烴超標(biāo)，CO2／CO比值超過(guò)3的有17次，超過(guò)7的有10次；脫氣處理后，到2000年4月，連續(xù)測(cè)試了10次，總烴含量雖有所下降，但呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，到最后兩次都超過(guò)了注意值，CO2／CO的比值都大于3，有4次大于7；再次脫氣處理后，從2000年9月到2001年8月又先后做了20次測(cè)試，有18次總烴含量超過(guò)注意值，CO2／CO的比值都大于3，有1次大于是7。2001年9月委托中國(guó)電科院高壓研究所做糠酸含量測(cè)試，糠醛含量為0.14mg／L。電科院高壓研究所對(duì)這次檢測(cè)分析的評(píng)價(jià)為：“糠醛含量已超過(guò)國(guó)內(nèi)同期運(yùn)行變壓器的水平，該設(shè)備固體絕緣存在局部或整體的非正常老化”。根據(jù)以上分析，可以認(rèn)為該變壓器存在低溫過(guò)熱故障，固體絕緣（主要是紙）可能已經(jīng)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

（8）對(duì)電流互感器絕緣油中含氫量超標(biāo)的處理。若確認(rèn)是由于油質(zhì)不合格，應(yīng)及時(shí)更換，更換后仍應(yīng)繼續(xù)跟蹤檢測(cè)分析。若產(chǎn)氧的原因無(wú)法確定，應(yīng)在跟蹤分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行脫氣處理，然后再繼續(xù)跟蹤檢測(cè)分析。情況嚴(yán)重的應(yīng)創(chuàng)造條件吊芯檢查。

用金屬膨脹器密封的互感器，由于金屬膨脹器未進(jìn)行除氫處理，氫氣含量較大，雖然達(dá)到注意值，如果數(shù)據(jù)穩(wěn)定，即沒(méi)有增長(zhǎng)趨勢(shì)。但當(dāng)氫氣含量接近注意值，且與過(guò)去對(duì)比有明顯增長(zhǎng)時(shí)，則應(yīng)引起注意。如某單位一臺(tái) 220kV的電流互感器，在一次絕緣油檢測(cè)中氫氣含量為75ppm。第二年檢測(cè)增加到650ppm，到第三年運(yùn)行中就發(fā)生了爆炸。事故后檢查系因端部密封不良，進(jìn)水所致。