摘要：变压器由于长期带电运行，内部的油纸绝缘材料，在热、电及其他因素影响下，会逐渐老化、分解，不可避免发生各种故障，且故障大多潜伏时间长，运行过程中难以开展有效的检测。因此，现行油浸式变压器，大多采用色谱在线监测和油样离线检测等相结合的方法，实时掌握变压器内部绝缘情况及绝缘老化程度。
关键词：变压器；特征气体；C2H2；内检
1 变压器寿命目前容量较大的变压器多为油浸式变压器，其寿命一般是指油纸绝缘系统的寿命。因为绝缘油可以在变压器使用寿命期间进行再生或更换，而纸绝缘的老化过程是不可逆的，因此变压器的寿命实际是指纸绝缘系统的寿命。正常运行条件下，变压器有30年以上的寿命，达不到预期寿命而提前退役的，通常是设备隐患或其他原因所致。
2 变压器故障检测据统计资料表明，变压器故障仍以绝缘故障为主。一些非绝缘性原发故障可以转化为绝缘故障，而且，变压器绝缘的劣化往往不是单一原因造成的。研究表明，局部放电既是绝缘劣化的原因，也是绝缘劣化的先兆和表现。目前，主要的检测手段是根据DL/T 596《电力设备预防性试验规程》规定的试验项目（主要包括：油中溶解气体分析、绝缘油试验、绕组直流电阻、绕组连同套管的绝缘电阻/吸收比或极化指数、绕组连同套管的介质损耗因数及电容量、感应电压试验、局部放电测量、短路阻抗等）来进行判断。变压器故障诊断是根据各种检测结果进行综合分析和判断。目前，油中溶解气体分析作为一种较为成熟的技术，能判断出油浸式变压器内部发生的绝大部分故障。监视油中气体，是变压器运行中检测内部故障行之有效且广泛采用的方法。通过对油浸式变压器加装油色谱在线监测装置，定期取样分析实现实时监测变压器内部绝缘油分解的特征气体（H2、C0、C02、CH4、C2H4、C2H6、C2H2）含量，从而实现变压器故障的实时监控，以便在运行的变压器内部发生故障时，及时采取有效的应对措施，提高故障的处理效率，降低设备及电网事故发生风险。
3 变压器油的分解
变压器油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，电或热故障可以使某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成H2和低分子烃类气体(如:CH4、C2H6、C2H4、C2H2等)。油色谱分析的原理，就是基于某种特定的烃类气体的产生速率随温度的变化而变化，在特定温度条件下，往往有某一种气体的产气率最大；随着温度升高，产气率最大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2。这也证明在故障时，温度与溶解气体含量之间存在一定的对应关系。经过经验总结，不同故障类型产生的主要特征气体和次要气体不同，如下图一所示。
图一：不同故障类型的特征气体
4 变压器内检
检修现场常说的变压器内检，通常是指：打开变压器进人门（孔）进入变压器内部，通过专业人员肉眼，借助常规工具（手机、牙医镜等）、仪器（万用表、兆欧表等），对变压器内部可见及可触摸部位进行的检查。4.1 C2H2特征气体引起的内检随着变压器运行年限增加，不少变压器油色谱在线监测系统往往会检测出痕量的C2H2特征气体，有时特征气体不会超过注意值。但离线色谱数据也检测出C2H2特征气体，定期跟踪检测，发现C2H2特征气体出现稳定上升趋势，就会结合机组检修对变压器进行进一步诊断。如下所示：某电厂1号主变压器型号为DSP—120000/500，为单相式结构，额定容量120000kVA，变压器冷却方式采用强迫油循环水冷，由中国沈阳变压器制造厂生产。主变B相于2022年11月绝缘油色谱分析发现油中含有痕量的C2H2特征气体组分（含量为0.06μL/L），跟踪分析截至2023年12月，油中C2H2特征气体组分含量缓慢且稳定增长至0.37μL/L（期间电气预防性试验数据合格、油样检测数据合格），结合2023-2024年度1号机组A级检修，电厂决定在检修期间对1号主变B相进行内检。4.2 某电厂变压器内检经历其实，1号主变B相并不是首次检测出C2H2特征气体。在此以前，电厂其它主变及电抗器相继检测出C2H2特征气体的案例。如：2号主变最高时C2H2特征气体含量为32.18μL/L，分别对其进行2次变压器内检，均未发现明显可疑点，且内检后C2H2特征气体含量逐渐稳定增加，最后对2号主变实行吊罩大修；6号主变最高时C2H2特征气体含量为14.92μL/L，内检未发现异常；7号联变最高时C2H2特征气体含量为6.49μL/L，内检未发现异常。电厂共计进行主变内检近20次，均为发现异常故障点或疑似故障点。该电厂1号机组至2007年05月投产以来，已运行近17年。查阅2022年11月至2023年12月变压器油色谱数据，1号主变B相变压器油中溶解特征气体均检测出C2H2特征气体组分，且检测出C2H2特征气体组分含量有持续稳定增长的趋势。所以此次检修对1号主变B相进行内检，但预期并不报任何希望。1号主变B相特征气体含量如下图二所示：
图二：1号主变B相特征气体台账
4.3 1号主变B相内检2024年01月08日08:30时，开始主变B相本体热油循环；2024年01月10日08:39时，开始主变B相本体排油。排油前夹件及铁心绝缘电阻：夹件-地13.54GΩ，铁心-地3.37GΩ；2024年01月10日09:15时，开始向主变B相本体注入干燥空气；2024年01月10日13:49时，主变B项本体排油结束。排油后夹件及铁心绝缘电阻：铁心-夹件10.5GΩ，夹件-地10.3GΩ，铁心-地6.7GΩ；2024年01月10日14:00时，开启检修进人门，准备开始内检。2024年01月10日14:41时，内检人员进入B相本体内检。2024年01月10日18:03时，内检工作结束，内检耗时202分钟（3小时22分钟）；2024年01月10日18:15时，封闭检修进人门，开始变压器本体抽真空检漏和保压。抽真空前夹件及铁心绝缘电阻：铁心-夹件10.5GΩ，夹件-地10.3GΩ，铁心-地6.7GΩ；变压器暴露在空气中共计9小时36分。通过对1号主变B相可见及可触摸部位检查，发现主变低压侧右边上部夹件槽梁（上梁下部腹板）有2颗螺栓松动，且螺栓周围夹件表面有变压器油裂解积碳。如下图三所示：
图三：B上梁下部腹板松动螺栓处理过程
4.4 1号主变A、C相内检1号主变B相内检，发现主变低压侧右边上部夹件槽梁（上梁下部腹板）有2颗螺栓松动且存在放电痕迹；同时发现低压侧左下部器身定位螺栓松动。为排查主变A、C相是否存在类似情况，对1号主变A、C项同步开展内检。简要过程如下：1月19日完成主变C相内检，1月22日完成主变A相内检。通过对可见及可触摸部位检查，发现问题如下且均已处理：主变C相高压出线套管侧器身下部2颗定位螺栓松动，5颗环氧绝缘螺栓松动（中性点纸绝缘螺栓2颗，高压引线绝缘螺栓3颗），高压绕组中性点尾部（中性点套管接头处）绝缘皱纹纸存在轻微松散；发现A相高压出线支架下部有2颗绝缘螺栓松动。绝缘螺栓松动如下图四所示：
图四：绝缘螺栓松动示例
4.5 原因分析变压器内部的支柱、夹件螺栓、垫片等，大部分是绝缘材料制成而成，其寿命和稳定性均有一定的限制，在长期高温、电磁震动及油流冲击下，会逐渐老化。当老化到一定程度，绝缘材料会变得脆弱，在变压器运行时产生的电磁振动和电动力或外部冲击力作用下，很容易损坏，从而使变压器内部产生局部失稳或局部放电等现象，严重的会影响变压器安全运行。通过对1号主变B相可见可触摸部位检查，发现主变B相低压侧上梁下部腹板有2颗螺栓松动且存在放电痕迹。查阅1号主变B相修前2022年11月至2023年12月绝缘油色谱数据分析，B相持续检测出C2H2特征气体，并与CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4等特征气体含量均有规律的持续稳定增加（如上图二所示），通过特征气体初步分析原因为过热及局部放电，与内检中发现的过热放电痕迹相吻合。1号主变B相C2H2特征气体持续稳定增长，可能是变压器运行过程中，在强磁场环境下，松动的螺栓产生悬浮电位，进而发生局部放电和涡流发热。但不排除存在其它未能检查到的缺陷，待后续变压器修后运行中定期开展油中溶解气体分析，进一步确认主变B相内部缺陷是否消除。以上仅是对1号主变B相内检发现问题进行分析，B相内检完投入运行后色谱数据特征气体含量如下图五所示：
图五：B相内检后特征气体台账
5 油浸式变压器内检的意义受限于人工肉眼检测及变压器内部空间、结构限制，油浸式变压器在内检时，大多不会检查出异常情况或疑似故障点。根据近几年检修现场内检统计，平均20台变压器内检才会有1台变压器检测出异常情况或疑似故障点。但变压器内检确有非比寻常的意义，第一：可以更好的培养工作负责人的整体策划能力。1台变压器内检时，所需的配套设备较多，且检修现场场地有限，迫使工作负责人必须提前整体规划。第二：可以更好的学习变压器内部结构。虽然很多同事都去沈变等专业的厂家培训过，但厂里的设备和现场还是有很大的区别。第三：可以提高人员的油质检测、分析能力。1台变压器内检，涉及变压器油的排油、真空滤油、抽真空注油等，一系列的操作必定和绝缘油试验及油中溶解气体分析试验挂钩，往复多次的油质检测及结果分析，可以促进检测人员的技能提高。第四：可以积累更多的变压器检修经验。虽然多次内检均未检测出异常情况或疑似故障点，可一但检查出异常情况或疑似故障点，印像特别深刻。
转载电联智造，向原作者致敬。
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