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背景介绍
MIRANT能源公司在北美、亚洲及加勒比海有几个发电厂。在2001年11月11日，在MIRANT一台1969年生产的650MVA
的变压器上做常规DGA测试，分析结果让电气维修人员判断出变压器内部已存在早期故障，表1显示当时做的DGA的数值。
溶解气体
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浓度（ppm）
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氢
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392
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甲烷
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594
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一氧化碳
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736
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二氧化碳
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5900
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乙烯
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260
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乙烷
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260
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乙炔
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N/d
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表1：2001年11月11日DGA结果
在此后的6个月内做的常规DGA测试中，故障气体溶度并无明显变化。但有关方面还是决定增加DGA测试频率并安装一台溶解氢和水在线监测仪。他们选择并安装了加拿大摩根公司生产的CALISTO监测仪。图1描述了仪器的主要性能是连续测量油中溶解氢的溶度,
并以ppm值表示。
此仪器还能连续监测溶解水的溶度，并以ppm,
25℃时%RS或在一个特定变压器油温下的%RS值来表示。与其它类型监测仪不同的是，CALISTO监测仪有自己的油循环系统和恒温系统，也就是说在做溶解氢和水测量前，循环油会冷却或加温到一个设定的温度。该仪器采用渗透性能很好的PTFE管束来进行连续的油中气体分离采集。溶解氢的浓度通过特别设计的热导检测器来检测。溶解水分含量用直接量于油中的IC传感器来连续测量。
图1：CALISTO监测仪主要结构和流程
图2A：变压器出油阀
图2B：变压器回油阀
图2C：CALISTO安装位置
阶段1—CALISTO安装后油中氢气的增长及故障判断
对变压器进行脱气处理后，CALISTO于2002年5月底安装，开始时氢显示值近为0，但随后油中氢气又快速增长，从2002年6月到9月中旬定期进行多次的实验室和现场DGA测试，都表明油中气体在不断增长。在此期间，CALISTO显示了溶解氢产气率的变化，如表2和图4所示：
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线段
（参看图4）
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时段
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氢气产生率
（PPM/D）
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A
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5月3日--
5月20日
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<1.0
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B1
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5月30日--
6月15日
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3.8
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B2
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6月16日--
6月28日
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5.0
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B3
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6月29日--
8月12日
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2.8
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B4
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8月13日--
8月25日
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4.1
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B5
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8月26日--
9月12日
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1.4
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C1
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9月13日--
9月26日
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12.1
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表2:
2002年5月30日至9月26日氢气产气率
从表2和图4可以看出，在9月13日产氢量有明显的增加，表明了气体产生有一个突然剧增。图5显示在同一时期溶解水含量的变化。由于在众多参数中，油中水分含量较依赖于变压器的负荷，图5提供这期间负荷变化的情况。基于这些资料，可以看出氢气产气率并没随着负荷变化产生很大不同，此外，9月13日氢气的产气率突然增长并不是因负荷增加引起，而是变压器内部的故障所致。表3显示了在此期间所做的现场DGA，可以看出虽然故障气体浓度有很大的增加，但是几次测试值间浓度的相对增长量和产气速率比较平稳。
图4：四个月来CALISTO监测氢气的情况
图5：同一期间变压器负荷与油中溶解水分的变化情况
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溶解气体
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2002年5月30日
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2002年7月8日
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2002年9月17日
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氢气
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n/d
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170
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419
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甲烷
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n/d
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372
|
865
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一氧化碳
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4
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160
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262
|
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二氧化碳
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25
|
1360
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2726
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乙烯
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n/d
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179
|
528
|
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乙烷
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n/d
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184
|
505
|
|
乙炔
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n/d
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n/d
|
n/d
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表3：
2002年5月底至9月中旬DGA的测试数值
变压器内部故障的突然恶化
图6显示9月27日到9月30日期间在相当稳定的负荷下出现大量的氢气产生。油中氢气浓度的急剧增加表明变压器内部故障迅速恶化。表4显示在A、B、C时期最大的氢气浓度和产气率。应该注意到传感器检测到氢气浓度这样的增加是依赖于变压器内部的油循环使PTFE管束始终和有代表性的油接触。表5显示了9月30日所做的现场DGA结果。
变压器内部故障原因的推断
作者使用著名的Duval
三角谱图法对表3和表5数据进行分析。基于这种方法，诊断出：从7月8日到9月17日期间，变压器内部已存在中温裸金属过热性故障（T2：300--700℃）。（应该注意到在2001年11月11日前也出现过类似的T2热故障，这从表1中可以看出）。根据9月30日的数据，可以诊断为高温T3（>700℃）热故障。应该指出：从2001年11月11日的DGA数据就可以看出，那时变压器内部电路便开始出现接触不良。在热的作用下，接触电阻不断增加，故障能量不断增长，从而使氢气、甲烷、乙烯和乙烷的含量也增加，到9月27日后便发展成为高温过热（700℃以上），导致氢气、甲烷、乙烯和少量乙炔的加速产生。
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线段
（参照图4）
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氢气浓度（PPM）
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氢气最大产气率
（PPM/H）
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A
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2002/09/27
5:52至2002/09/28
5:53
1,367ppm
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100
|
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B
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2002/09/28
8:53至2002/09/28
23:42
5006ppm
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300
|
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C
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2002/09/29
11:43至2002/09/29
23:42
9494ppm
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392
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表4：
2002年9月27日至9月29日期间氢气产气率
图6：氢气产气率突然增加
变压器故障检修的情况
变压器停运检修时便发现高压绕组出线接头即将烧断。这一严重的裸金属过热现象和DGA数据判断相吻合。
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溶解气体
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浓度（ppm）
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氢气
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8150（*）
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甲烷
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11000（*）
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一氧化碳
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351
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二氧化碳
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2620
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乙烯
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17960
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乙烷
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2460
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乙炔
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570
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表5：DGA结果—2002年9月30日
Mirant
变压器修复后的情况
Mirant
变压器在2002年10月21日修复，重新投运发电。自那以后，溶解氢的浓度始终保持在30ppm左右，DGA试验也都正常，表明其内部故障已消除。CALISTO的成功报警，又一次避免了恶性事故的发生，为设备的安全经济运行起到很好的作用。
感谢
作者很感谢魁北克电力公司的Michel
Duval先生和Delta-X研究所的James
J. Dukarm博士为帮助分析此案例所提供的DGA数据。
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