浅析变压器内部故障产生气体与故障类型的关系

浅析变压器内部故障产生气体与故障类型的关系

摘 要：以油浸式变压器为例，介绍了变压器内部常见的故障，变压器常见故障与油中溶解气体的关系以及油中气体分析对变压器内部故障的综合分析。

关键词：变压器；故障；综合分析

大量运行经验和实验研究证明，对于运行中的电力变压器，在热和电的作用下，变压器油和有机绝缘材料将逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类及二氧化碳一氧化碳等气体；当存在潜伏性的热或放电性故障时，这些气体产生的速度要加快。随着故障的发展，分解出的气体形成的气泡在油里经过对流、扩散，不断地溶解在油中；当产气量大于溶解量时，将会有一部分气体进入气体继电器，从而使变压器瓦斯保护告警或动作。由此可见，油中溶解气体的组分和含量可以作为反映变压器电气异常的特征量。

1 电力变压器内部常见的故障

运行变压器常见故障通常有：按变压器本体可分为内部故障和外部故障，即把油箱内发生的各相绕组间的相间短路、绕组的匝间短路、绕组或引线与箱体接地等称为内部故障；而油箱外部发生的套管闪络、引出线间的相间短路等故障称为外部故障；按变压器结构可分为绕组故障、铁芯故障、油纸故障、附件故障；按回路可分为电路故障、磁路故障、油路故障；从故障发生的部位可分为绝缘故障、铁芯故障、分接开关故障、套管故障等；按性质又可分为热故障和放电故障[1]。

1.1 绕组故障

绕组故障包含各部分绝缘老化、绕组受潮、绕组层间、匝向、股间、 相间、高低压绕组间发生接地、断路、短路、击穿或烧毁，系统短路和冲击电流造成绕组机械损伤或绕组内部组件变形。

1.2 铁芯故障

根据大量的事故分析，导致铁芯故障的主要原因有：铁芯组件中铁质夹件松动或损伤而碰接铁芯，压铁松动引起铁芯振动和噪声，铁芯接地不良或铁芯烧坏，铁芯片间绝缘老化，铁芯安装不正或不齐造成空洞声，铁芯片叠装不良造成铁损增大而使铁芯发热等。

1.3放电故障

通常，按放电的能量密度将变压器内部的放电故障分为局部放电、火花放电和高电弧放电三类，局部放电故障是引起火花放电或电弧放电故障的前兆。

1.4油和油纸绝缘故障

在充油变压器中，内绝缘的主要绝缘材料是变压器油和绝缘纸、 纸板、木块等主要成分为纤维素的固体绝缘材料。这些绝缘材料受环境因素的影响将发生分解而老化，甚至丧失绝缘强度，造成绝缘故障。

1.5分接开关故障

充油变压器有载开关的故障主要有：因密封不严使雨水侵入而导致绝缘性能降低；过渡电抗或电阻在切换过程中被击穿或烧断，导致触头间的电弧引发故障；因滚轮卡死使分接开关停在过渡位置而造成相间短路；切换开关油室密封不严而造成变压器本体渗漏；选择开关分接引线与静触头的固定绝缘杆变形等。有载分接开关的故障将引发变压器内部绝缘故障，产生故障气体，使油中溶解气体的组分含量发生变化。

2 变压器内部故障类型与油中气体含量的分析

变压器内部故障模式主要是机械的、热的和电的三种类型，而又以后两种为主，且机械性故障常以热的或电的故障形式表现出来。变压器油和固体绝缘材料在热和电磁的作用下，将产生各种气体，这些气体要溶解于油中，对油中各种气体进行分析，就可判断变压器故障[2]。现对其故障原因与气体特征进行分析。

2.1 热性故障

产生热故障的原因有：

（1）导线过电流；

（2）铁芯局部短路、多点接地，形成环流；

（3）分接开关接触不良；

（4）接线焊接不良；

（5）电磁屏蔽不良，使漏磁集中；

（6）油道堵塞，影响散热。

热性故障的气体特征：

（1）当固体材料局部过热时，会产生大量CO和CO2，且CO/CO2〉10；

（2）当油局部过热时，会产生大量的乙烯（C2H4）和甲烷（CH4），随着温度升高，则乙烷（C2H6）和（H2）增加；当油严重过热时，才产生少量的乙炔（C2H2）。

2.2 电性故障

产生电性故障的原因有：

（1）绕组匝间、层间、相间绝缘击穿；

（2）引线对地闪络或断裂；

（3）分接开关飞弧。

电性故障产生的气体，主要是氢（H2）和乙炔（C2H2），其次是乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）。

2.3 进水受潮

变压器进水受潮时，油中水分和含湿气的杂质易形成“小桥”，能引起局部放电而产生H2；水分在电场作用下的电解作用和水与铁的化学反应，也可以产生大量的H2。故受潮设备中的H2在氢烃总量中占比更高，有时局放和受潮同时存在，且特征气体基本相同，故单靠油中气体分析结果尚难加以区分，必要时要根据外部检查和其它试验结果加以综合判断。

2.4 固体绝缘材料故障分析

固体绝缘材料产生故障时，会产生CO和CO2气体。正常开放式变压器的CO含量φ（CO）不大于0.03%。如果总烃含量超限，而CO不超过0.03%，可认为变压器固体绝缘材料有过热的可能；如果总烃值未超限，虽CO超过0.03%，还可认为变压器是正常的，发现CO超限时，要综合分析。

2.5 变压器故障类型和产生气体的组分关系

由上可看出，变压器故障原因、类型与油中所含气体组分和数量有关系，下表给出变压器故障类型和产生气体的组分关系

3 结论

通过以上分析，可以得出以下结论：

（1）电力变压器常见的内部故障中大多有气体产生，变压器常见的故障与油中气体浓度存在对应关系[3]。

（2）变压器绝缘故障是一种复杂的现象，以油中溶解气体的综合分析可以有效的判断故障。

[参考文献]

[1]董其国编著. 电力变压器故障与诊断. 北京：中国电力出版社.2001

[2]张利刚. 变压器油中溶解气体的成分和含量与充油电力设备绝缘故障诊断的关系. 变压器，2000（3）

[3]陈伟根，孙才新. 变压器局部放电与油中气体浓度的对应关系. 重庆大学学报，23（4）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。