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一台ZSS11-4000/35/0.66*2整流变压器油中含气量超标原因故障分析

时间:2019-05-01 14:28:01

一、引言

茌平某铝板加工厂,使用的一台ZSS11-4000/35/0.66*2整流变压器,近一年来一直有气体产生,造成气体继电器瓦斯跳闸多次,严重影响生产。需要电工每天巡检放气。

一台ZSS11-4000/35/0.66*2整流变压器油中含气量超标原因故障分析一台ZSS11-4000/35/0.66*2整流变压器油中含气量超标原因故障分析

二、色谱分析

2019年4月23号,公司取变压器油样,进行色谱分析。分析结果如下

一台ZSS11-4000/35/0.66*2整流变压器油中含气量超标原因故障分析

从色谱分析来看,H2(氢气)超标严重,另外CO(一氧化碳)、CO2(二氧化碳)、CH4(甲烷)也有产生。

三、变压器油气相色谱分析中常用的气体:


1、在合格的变压器油中,除了含有少量的空气、CO 2 以外,不应含有其他气体成分。CO 气体在纯油中不会产生。

2、油纸绝缘系统的变压器正常运行时,纤维素材料在 100℃温度下会缓慢产生 CO、CO2 气体,并析出残余水份。

正常运行状态气体:CO 在纯油中不会产生,但油纸绝缘系统正常运行时,随着时间的推移纤维材料的老化会产生一氧化碳气体,正常状态时 CO 气体产生的速度是很缓慢的。

3、在故障情况下(热、电、潮等),变压器油发生裂解,产生多达2900余种的气体,我们取其中七种作为故障特征气体。

如下表: 气相色谱分析用的气体

名称

甲烷 
乙烷
 乙烯
乙炔
一氧化碳
二氧化碳
分子式 H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 CO CO2

4、 通过对这几种气体的产量、产生速率,不同的气体的产气比例等的研究来判断变压器是否存在故障。

四、纯变压器油在不同温度下分解的特征气体:

如下表:纯变压器油不同温度下分解的特征气体(试验结果)


230℃ 400℃ 500℃ 600℃ 800℃
CH4
出现 大增 稍增 减少
C2H6

较少 大增
稍增
C2H4

出现 大增 大增
C2H2



出现
H2

出现 增加 增加
CO




CO2 较少 增加 减少 减少 不增加

从上表可以看出,纯变压器油高温裂解气体规律:

1、从甲烷到乙炔四种气体,其裂解析出温度为由低到高。

温度低时,先分解的气体量由小到大;当温度继续升高时,后分解的气体由少到多猛增;此时先前最先分解的气体量逐步减少。

2、纯油不分解出 CO 气体。

3、CO 2 气体在油正常运行情况下,随着时间的推移油的老化也会产生。

五、运行中的变压器故障气体来源:

1、 运行中变压器油箱内组附件的渗气、析气或产气。

2、 运行中变压器油过热产气。

3、运行中变压器油纸绝缘系统过热产气。

4、运行中变压器经维护、维修污染产气。

六、运行中的变压器产气来源的判断分析

变压器内部状态

特征气体

备注

正常运行

COCO2

纤维素材料在 100时缓慢产生,并析出残余水

低等

油过热

主要 CH 4 C 2 H 4

次要 H 2 C 2 H6

油温400~500

过热

油纸过热

主要 CH 4 C 2 H 4 COCO 2

次要 H 2 C 2 H6

低能局放

H 2 CH4

1000pc~2000 pc,烷烃分解产生

油纸

主要 H 2 CH 4 ;次要 COCO 2

涉及到纤维素材料伴随产生 COCO2

中能局放

主要 C 2 H 6 C 2 H 4

次要 H 2 CH 4

油温 600~800

高能局放

(火花放电)

C 2 H 2 H 2

放电量 10000pc 以上

电弧放电

主要 C 2 H 2 H 2

次要 CH 4 C 2 H 6 C 2 H4

油温大于 800

油纸

主要 C 2 H 2 H 2 COCO 2

次要 CH 4 C 2 H 6 C 2 H4

七、变压器油中产生 H 2 的原因

序号 情况
1 最主要原因:内部轻微局放,烷烃分解产生 H 2 、CH 4 。
2 变压器内部局部过热,如漏磁场、油路阻塞等。

3

变压器器身绝缘表面受潮即浸入油中,水分在高电场中电离、电解出 H 2 。
4 铁芯多点接地,当铁芯片绝缘膜温度超过 120℃时,会产生 H 2 。
5 铁芯片生锈前,在水和空气作用下产生的 H 2 。
6 油中含氧量超过 2000ppm 时,即使较低的油温也要产生 H 2 。
7 QZ 线在变压器油中会产生 H 2 。
8 使用了未进过相容性试验的漆类、胶类、复合类材料在油变中,也可能产生 H 2 。
9 金属催化剂:金属镍作为在油浸变压器内部的构件镀层,变压器油温过 100℃时就会产生 H 2 。
10 油中构件存在奥氏体不锈钢件,其在制造过程中吸附了 H 2 ,然后在变压器内部释放出来

八、故障分析的方法

油色谱三比值法,编码规则如下表:

 

气体比值范围

比值范围的编码

C 2 H 2 /C 2 H 4

CH 4 /H 2

C 2 H 4 /C 2 H 6

0.1

0

1

0

0.1~1.0

1

0

0

1.1~2.9

1

2

1

3.0

2

2

2


故障类型判断方法,如下表:

编码组合

 

故障类型判断

 

故障实例

C 2 H 2 /C 2 H 4

CH 4 /H 2

C 2 H 4 /C 2 H 6

 

 

0

0

1

低温过热 150℃以下

绝缘导线过热,注意 COCO 2 CO 2 /CO 比值

2

0

低温过热 150~300

分接开关接触不良;

引线夹件螺丝松动或接头焊接不良;

涡流引起的铜过热,漏磁;

层间绝缘不良;

铁芯多点接地等。

2

1

中温过热 300~700

012

2

高温过热 700℃以上

1

0

局部放电

高湿度,高含气量引起油中低能量的局放

1

01

012

低能放电

引线对电位未固定的部件之间连续火花放电;

分接头引线和油隙闪络;

不同电位之间的油中火花放电;

悬浮电位之间的火花放电。

2

012

低能放电兼过热

2

01

012

电弧放电

线圈匝间、层间短路;

线圈熔断;

相间闪络;

分接头引线间油隙闪络;

引线对外壳放电;

分接开关飞弧;

环路电流引起的电弧等。

2

012

电弧放电兼过热

九:具体分析


从现场这台整流变压器色谱分析结果,得出相应气体的比值:

C 2 H 2 /C 2 H 4=0.24/0.14=1.7;编码范围1

CH 4 /H 2=124/3240=0.03;编码范围1

C 2 H 4 /C 2 H 6=0.14/28=0.005;编码范围0

按上表对应的故障案例,此台整流变压器应该属于低能放电故障。故障原因可能有下列情况:


引线对电位未固定的部件之间连续火花放电;

分接头引线和油隙闪络;

不同电位之间的油中火花放电;

悬浮电位之间的火花放电。

此台变压器运回我厂,吊芯检查并做全部出厂例行试验。并未发现明显的放电点,只是发现一个低压铜排固定导线夹有烧糊的痕迹;也不能判断是制造厂家装配时就是这样,还是后期运行中造成的。我们采用器身重新回真空炉烘干;更换新变压器油;引线重新固定等方式。现在维修后的变压器已经返回使用单位,等待后期的验证。