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摘要：变压器铁心是变压器器身中最主要部件之一，它担负着电—磁—电转换的重要环节，是完成转换的必备条件。在变压器事故统计中，尤其在运行中监视到的过热性或低能量放电故障中，由磁回路铁心引起的异常占有相当大的比例。通过对220千伏碧塘变#1主变进行气相色普分析，阐述了如何判断变压器铁芯片间局部发热导致铁芯片间短路，以及对故障性质、故障点温度估算、故障点部位估计和综合诊断处理，最后提出解决措施。
关键词：变压器 铁芯片间短路 气相色普分析 解决措施
变压器铁心是变压器器身中最主要部件之一，它担负着电—磁—电转换的重要环节，是完成转换的必备条件。在变压器事故统计中，尤其在运行中监视到的过热性或低能量放电故障中，由磁回路铁心引起的异常占有相当大的比例。随着电力系统的发展，电力系统的装机容量不断增加，电网不断扩大，发、供电的主要设备—电力变压器的容量也随之增大，电力变压器的运行可靠与否，将直接影响电力系统的发、供电，近年来，在电力系统中广泛采用气相色谱法检测油浸电力变压器的内部故障，对防止潜伏性故障的发展起着非常显著的作用，我公司新投碧塘变#1主变就是一个显著例子。
一、 变压器概况
型号： SFSZ10-120000/220
制造厂： 南通晓星变压器有限公司
额定电压： 230±8×1.25%
额定容量： 120000KVA
油重： 48.8吨
冷却方式： 油浸风冷
220千伏碧塘变电站于2009年1月7日投产， 投产前后对碧塘变#1主变油色谱进行试验，试验结果正常，3月4日再次进行色谱试验，发现变压器油总烃偏高并含有乙炔，至3月29日，总烃最高达168μL/L，乙炔4.1μL/L，经初步判断，变压器已存在低温过热故障，4月1-2日，安排#1主变停电，共进行了七项高压试验，试验测试数据与厂家出厂数据大致一致，无异常。随后安排每星期一次色谱跟踪试验，4月2日—5月16日进行的色谱跟踪试验，试验数据与前试验数据基本保持一致，期间主变发主变本体油异常信号，厂家与我局曾二次进行了处理，经研究决定，再次对主变停运，进行真空脱气处理及高压试验检查，5月17日—27日完成了真空脱气及高压试验检查，试验结果正常，5月28日—6月28日，进行每周一次色谱试验，2009年7月1日—2010年1月30日，每月一次的色谱试验均正常，2010年4月1-2日色谱试验，发现总烃已达2792μL/L，乙炔10μL/L，主变已存在温度高于700℃的高温过热故障。 #1主变绝缘油气相色谱分析试验数据见表1。
表1 #1主变绝缘油气相色谱分析数据 单位：PPM
H2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 CO CO2 ∑C1-2
20081211 14 1.0 0.0 0.0 0.0 48 2103 1 正常
20090110 0 0.0 0.0 3 0.0 23 242 3 正常
20090304 22 40 59 6 2 30 415 105 總烃增加快
20090329 59 64 90 10 4.1 64 364 168 乙炔增加快
20090402 50 39 61 6.3 4 51 510 111 乙炔增加快
20090501 58 55 82 8.0 3 122 554 149 总烃超标
20090603 3 1 1.2 1.0 0 5 247 3 正常
20090701 9 2 2.3 0.0 0.5 34 422 5 正常
20091204 14 4 3.7 0.9 0 151 952 8 正常
20100120 9 4 4.6 0 0.5 116 767 9 正常
20100401 209 840 901 144 5 113 702 1889 总烃、乙炔、氢超标
20100402 372 1287 1399 213 6.8 173 895 2907 总烃、乙炔、氢超标
20100402 566 1052 1330 300 9.9 210 881 2692 总烃、乙炔、氢超标
20100402 593 1110 1369 303 10.4 245 870 2792 总烃、乙炔、氢超标
二、气相色谱分析及综合判断
1、有无故障的判定：
把测试结果的几项主要指标与注意值比较
总烃：2792>100（PPM）
乙炔：10>5（PPM）
氢气：593>100（PPM）
甲烷：1110>60（PPM）
乙烷：303>40（PPM）
乙烯：1369>70（PPM）
由上可以看出几项主要指标都大大超过注意值，设备内部已存在故障，总烃较高（2793 PPM），乙炔（10PPM）大于5PPM，但乙炔未构成总烃的主要成分，H2含量较高（593PPM），属严重过热故障，由于CO、CO2含量很低，说明过热故障没有牵涉到固体绝缘材料，过热应发生在裸金属部分。
表2
故障类型 产生气体组分
油过热 H2 CH4 C2H2 C2H6
油和纸过热 CO CO2 H2 CH4 C2H4 C2H6
油中电弧 H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6
油中电晕 H2 CH4 C2H4 C2H6
油和纸中电弧 CO CO2 H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6
油中火花放电 H2 C2H2 进水受潮 H2
注：表中红色有 者为主要特征气体。从表2可知属油过热故障
2、故障性质的判断
根据（IEC）三比值规则
C2H2/C2H6=10/303=0.033<0.1 比值范围编码为0
CH4/H2=1110/593=1.87 比值范围编码为2
C2H4/C2H6=1369/303=4.5 比值范围编码为2
由比值范围编码 0 2 2 查故障性质判断可知故障性质高于700℃高温范围的热故障。
3、故障点温度估计
根据经验公式
T=322 log（C2H4/C2H6）+525（℃）
=322log（1369/303）+525
=736℃
故障点温度为736℃左右，与三比值所得结论相符。
4、故障点部位估计
由于一氧化碳、二氧化碳含量不高，增长较少，可推断故障未涉及固体绝缘，在所做的电气试验中未发现异常，也证实了主变绝缘未受损伤，从9月2日的气相色谱分析来看，（C2H2）乙炔占氢、烃总量为：C2H2/（H2+C1+C2）=10/（593+2793）=0.29%
而C2H4/C2H6=1369/303=4.5
根据资料推荐C2H2一般只占氢烃总量的2%以下，C2H4/C2H6的比值一般小于6，估计故障部位可能在主变磁路部分，即铁芯部分。
5、综合判断
综合以上各项初步分析判断，该主变内部确实存在潜伏性严重过热故障，故障点温度应在736℃左右的高温裸金属过热故障，故障部位集中在铁芯部位，故障非常严重，主变已不能继续运行，建议对主变进行返厂检查。
三、变压器吊罩检查
南通晓星变压器有限公司将碧塘#1主变拆除运回厂部进行了吊罩解体检查，发现铁芯中夹有一烧伤铁芯插刀片，铁芯及铁芯插刀片处有几平方厘米大的烧伤痕迹，其检查结果与以上色谱分析完全相符。
四、结论
这次高温过热故障的发生，系生产厂家安装质量把关不严，致使裁纸刀片遗留在主变铁芯内，造成铁芯局部产生涡流，引起铁芯局部发热，随着发热点温度不斷上升，主变铁芯片间绝缘被破坏，导致铁芯片间短路，造成发热及低能量放电故障加剧。由于各级技术监督人员高度责任心，及时发现了主变内部存在的隐患，并准确进行了分析、判断，从而避免一次220千伏主变可能损坏及导致大面积停电事故的发生。
关键词：变压器 铁芯片间短路 气相色普分析 解决措施
变压器铁心是变压器器身中最主要部件之一，它担负着电—磁—电转换的重要环节，是完成转换的必备条件。在变压器事故统计中，尤其在运行中监视到的过热性或低能量放电故障中，由磁回路铁心引起的异常占有相当大的比例。随着电力系统的发展，电力系统的装机容量不断增加，电网不断扩大，发、供电的主要设备—电力变压器的容量也随之增大，电力变压器的运行可靠与否，将直接影响电力系统的发、供电，近年来，在电力系统中广泛采用气相色谱法检测油浸电力变压器的内部故障，对防止潜伏性故障的发展起着非常显著的作用，我公司新投碧塘变#1主变就是一个显著例子。
一、 变压器概况
型号： SFSZ10-120000/220
制造厂： 南通晓星变压器有限公司
额定电压： 230±8×1.25%
额定容量： 120000KVA
油重： 48.8吨
冷却方式： 油浸风冷
220千伏碧塘变电站于2009年1月7日投产， 投产前后对碧塘变#1主变油色谱进行试验，试验结果正常，3月4日再次进行色谱试验，发现变压器油总烃偏高并含有乙炔，至3月29日，总烃最高达168μL/L，乙炔4.1μL/L，经初步判断，变压器已存在低温过热故障，4月1-2日，安排#1主变停电，共进行了七项高压试验，试验测试数据与厂家出厂数据大致一致，无异常。随后安排每星期一次色谱跟踪试验，4月2日—5月16日进行的色谱跟踪试验，试验数据与前试验数据基本保持一致，期间主变发主变本体油异常信号，厂家与我局曾二次进行了处理，经研究决定，再次对主变停运，进行真空脱气处理及高压试验检查，5月17日—27日完成了真空脱气及高压试验检查，试验结果正常，5月28日—6月28日，进行每周一次色谱试验，2009年7月1日—2010年1月30日，每月一次的色谱试验均正常，2010年4月1-2日色谱试验，发现总烃已达2792μL/L，乙炔10μL/L，主变已存在温度高于700℃的高温过热故障。 #1主变绝缘油气相色谱分析试验数据见表1。
表1 #1主变绝缘油气相色谱分析数据 单位：PPM
H2 CH4 C2H4 C2H6 C2H2 CO CO2 ∑C1-2
20081211 14 1.0 0.0 0.0 0.0 48 2103 1 正常
20090110 0 0.0 0.0 3 0.0 23 242 3 正常
20090304 22 40 59 6 2 30 415 105 總烃增加快
20090329 59 64 90 10 4.1 64 364 168 乙炔增加快
20090402 50 39 61 6.3 4 51 510 111 乙炔增加快
20090501 58 55 82 8.0 3 122 554 149 总烃超标
20090603 3 1 1.2 1.0 0 5 247 3 正常
20090701 9 2 2.3 0.0 0.5 34 422 5 正常
20091204 14 4 3.7 0.9 0 151 952 8 正常
20100120 9 4 4.6 0 0.5 116 767 9 正常
20100401 209 840 901 144 5 113 702 1889 总烃、乙炔、氢超标
20100402 372 1287 1399 213 6.8 173 895 2907 总烃、乙炔、氢超标
20100402 566 1052 1330 300 9.9 210 881 2692 总烃、乙炔、氢超标
20100402 593 1110 1369 303 10.4 245 870 2792 总烃、乙炔、氢超标
二、气相色谱分析及综合判断
1、有无故障的判定：
把测试结果的几项主要指标与注意值比较
总烃：2792>100（PPM）
乙炔：10>5（PPM）
氢气：593>100（PPM）
甲烷：1110>60（PPM）
乙烷：303>40（PPM）
乙烯：1369>70（PPM）
由上可以看出几项主要指标都大大超过注意值，设备内部已存在故障，总烃较高（2793 PPM），乙炔（10PPM）大于5PPM，但乙炔未构成总烃的主要成分，H2含量较高（593PPM），属严重过热故障，由于CO、CO2含量很低，说明过热故障没有牵涉到固体绝缘材料，过热应发生在裸金属部分。
表2
故障类型 产生气体组分
油过热 H2 CH4 C2H2 C2H6
油和纸过热 CO CO2 H2 CH4 C2H4 C2H6
油中电弧 H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6
油中电晕 H2 CH4 C2H4 C2H6
油和纸中电弧 CO CO2 H2 CH4 C2H2 C2H4 C2H6
油中火花放电 H2 C2H2 进水受潮 H2
注：表中红色有 者为主要特征气体。从表2可知属油过热故障
2、故障性质的判断
根据（IEC）三比值规则
C2H2/C2H6=10/303=0.033<0.1 比值范围编码为0
CH4/H2=1110/593=1.87 比值范围编码为2
C2H4/C2H6=1369/303=4.5 比值范围编码为2
由比值范围编码 0 2 2 查故障性质判断可知故障性质高于700℃高温范围的热故障。
3、故障点温度估计
根据经验公式
T=322 log（C2H4/C2H6）+525（℃）
=322log（1369/303）+525
=736℃
故障点温度为736℃左右，与三比值所得结论相符。
4、故障点部位估计
由于一氧化碳、二氧化碳含量不高，增长较少，可推断故障未涉及固体绝缘，在所做的电气试验中未发现异常，也证实了主变绝缘未受损伤，从9月2日的气相色谱分析来看，（C2H2）乙炔占氢、烃总量为：C2H2/（H2+C1+C2）=10/（593+2793）=0.29%
而C2H4/C2H6=1369/303=4.5
根据资料推荐C2H2一般只占氢烃总量的2%以下，C2H4/C2H6的比值一般小于6，估计故障部位可能在主变磁路部分，即铁芯部分。
5、综合判断
综合以上各项初步分析判断，该主变内部确实存在潜伏性严重过热故障，故障点温度应在736℃左右的高温裸金属过热故障，故障部位集中在铁芯部位，故障非常严重，主变已不能继续运行，建议对主变进行返厂检查。
三、变压器吊罩检查
南通晓星变压器有限公司将碧塘#1主变拆除运回厂部进行了吊罩解体检查，发现铁芯中夹有一烧伤铁芯插刀片，铁芯及铁芯插刀片处有几平方厘米大的烧伤痕迹，其检查结果与以上色谱分析完全相符。
四、结论
这次高温过热故障的发生，系生产厂家安装质量把关不严，致使裁纸刀片遗留在主变铁芯内，造成铁芯局部产生涡流，引起铁芯局部发热，随着发热点温度不斷上升，主变铁芯片间绝缘被破坏，导致铁芯片间短路，造成发热及低能量放电故障加剧。由于各级技术监督人员高度责任心，及时发现了主变内部存在的隐患，并准确进行了分析、判断，从而避免一次220千伏主变可能损坏及导致大面积停电事故的发生。