浅析在电力系统油务监督中色谱分析的作用

张颖

摘要：气相色谱分析技术是近年来兴起的一项新技术,能够对运行中的变压器进行故障分析。通过采集变压器箱体内的少量油样,分析油中气体的组分及其含量,就可以判断变压器是否存在故障、故障的性质及故障大致部位,在油务监督中得到了很好的应用。

关键词:油务监督变压器故障色谱分析

Abstract: the gas chromatographic analysis technique in recent years is the rise of a new technology, to be able to the operation of the transformer fault analysis. Through the acquisition circuits inside a small amount of transformer results, analysis of the components of the gas and oil content, can be judged transformer fault, fault whether there is the nature of the fault and roughly parts, in oil service supervision has found applications.

Keywords: oil affairs supervision and transformer faults chromatographic analysis

中图分类号：TM711文献标识码：A 文章编号：

0引言

目前,油浸变压器大多采用油纸组合绝缘,当变压器内部发生潜伏性故障时,油纸会因受热而分解产生烃类气体。由于含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性,所以绝缘油会随着故障点温度的升高依次裂解生成烷烃、烯烃和炔烃。每一种烃类气体最大产气率都有一个特定的温度范围,故绝缘油在各不相同的故障性质下会产生不同成分、不同含量的烃类气体。因此,变压器油中溶解气体的色谱分析法,能尽早地发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障,是监督与保障设备安全运行的一个重要手段。

变压器出现故障时,绝缘油裂解产生气体,只有当油中气体饱和后,才能从瓦斯继电器反映出来。按过去沿用的瓦斯气点燃检查法,往往不能确定故障原因,造成誤判断。用色谱分析法判断变压器内部故障,可以直接从绝缘油中分析各特征气体浓度的大小来确定变压器内部是否有故障。

我国对变压器内部故障气体各特征气体浓度的标准值有规定,超过这个值要用三比值法进行分析,判定出故障原因。由于气体的扩散,使绝缘油在故障变压器内不同部位所含气体各特征气体浓度不同。应用气体扩散原理,在故障变压器的关键部位抽取油样,分析各个取样点的气体浓度,可以判断变压器内部故障部位。对于在运行中的变压器,通过色谱分析检查出早期故障时,特征气体微有增长或稳定在一定范围时,采用气体追踪分析的方法监控设备。当特征气体增长很快或含量达到一定值时,说明故障发展迅速,必须立即停止运行,并对变压器进行吊罩,查找故障部位。

特征气体在液体中的扩散是在整台变压器油中,从密度大的区域向密度小的区域转移;其扩散速度越快,说明该组特征气体浓度越高。根据这一理论,可以推出一个规律:故障点的特征气体含量高,扩散的速度越快;距离故障点越远,特征气体含量越低,扩散速度也越慢。

1概述

在电气试验中,通过气相色谱分析绝缘油中溶解气体,能尽早发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障,是绝缘监督的一种重要手段。这一检测技术可以在设备不停电的情况下进行,而且不受外界因素的影响,可定期对运行设备内部绝缘状况进行监测,确保设备安全可靠运行。

变压器大多采用油纸复合绝缘,当内部发生潜伏性故障时,油纸会因受热分解产生烃类气体。含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性,绝缘油随着故障点的温度升高依次裂解产生烷烃、烯烃和炔烃。在正常情况下,充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料,在过热或电的作用下会逐渐老化和分解,产生少量的低分子烃类气体和一氧化碳及二氧化碳气体,这些气体大部分溶解于油中。当充油电器内部存在潜伏性过热和放电性故障时,就会加快这些气体的产生速度,随着故障的发展,分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散,不断溶解在油中。故障气体的组成及含量与故障类型和故障严重程度关系密切。因此,在变压器运行过程中,定期做油的色谱分析,能尽早发现设备内部的潜伏性故障,以避免设备发生故障或事故损失。

油色谱分析是诊断充油电力设备内部故障的技术,具有诊断及时、准确的特点。正常情况下充油电气设备内的绝缘油及固体绝缘材料,随着运行时间的增加,在热和电的作用下,会逐渐老化和分解,产生各种少量低分子烃类、氢气、CO、CO2等气体,这些气体大部分溶解在油中。当设备内部存在潜伏性过热或放电故障时,就会加快这些气体的产生,不同的故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体不同,故障气体的组成、含量与故障的类型、严重程度有密切关系。因此,分析溶解于油中的气体,就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障,并可随时监视故障的发展情况。

2常用方法

2·1按油中溶解的特征气体含量分析数据与注意值比较进行判断

特征气体主要包括总烃(C1~C2)、C2H2、H2、CO、CO2等。变压器内部在不同故障下产生的气体有不同的特征,可以根据绝缘油的气相色谱测定结果和产气的特征及特征气体的注意值,对变压器等设备有无故障及故障性质作出初步判断。

2·2根据故障点的产气速率判断

有的设备因某些原因使气体含量超过注意值,不能断定故障;有的设备虽低于注意值,但含量增长迅速,也应引起注意。产气速率对反映故障的存在、严重程度及其发展趋势更加直接和明显,可以进一步确定故障的有无及性质,它包括绝对产气速率和相对产气速率两种。

2·3三比值法判断

只有根据各特征气体含量的注意值或产气速率注意值判断可能存在故障时,才能用三比值法判断其故障的类型。部颁《导则》采用国际电工委员会(IEC)提出的特征气体比值的三比值法作为判断变压器等充油电气设备故障类型的主要方法。此方法中每种故障对应的一组比值都是典型的,对多种故障的联合作用,可能找不到相应的比值组合,此时应对这种不典型的比值组合进行分析,从中可以得到故障复杂性和多重性的启示。例如,三比值为121或122可以解释为放电兼过热。

2·4故障严重程度与发展趋势的判断

在确定设备故障的存在及故障类型的基础上,必要时还要了解故障的严重程度和发展趋势,以便及时制定处理措施,防止设备发生损坏事故。对于判断故障的严重程度与发展趋势,在用IEC三比值法的基础上还有一些常用的方法,如瓦斯分析、平衡判据和回归分析等。

3总结

在运用气相色谱连续检测充油电气设备内部故障的过程中,如果发现油中各种气体的含量中有一项达到了注意值范围时,应开始引起注意,采取措施进行其它电气试验等,以便对设备有无异常作出分析和判断。

当试验结果中一项超过注意值上限时,应采取措施,尽早停止运行,并用其它试验进行验证，进一步找出故障点,防止重大事故的发生。

用气相色谱法对充油电气设备油中气体含量的分析,能判明设备存在的故障,更重要的是可以分析判断故障的性质,是过热性故障还是放电性故障及故障的大概部位是在裸金属部分还是介入了固体绝缘,从而进一步估计故障的危害性,以便及时采取措施,作出正确处理,防患于未然。

综上所述,利用气相色谱分析变压器油的气体组分及其含量,能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态;能够提前知道变压器内部是否存在潜伏性故障,即在变压器运行中(不停电、不吊芯的情况下),通过常规检测及色谱分析就可以把变压器内有无故障、有什么样性质的故障诊断出来,这对于变压器的维护保养起到了关键性的指导作用。因此,重视色谱分析在油务监督中的应用,可以更好地保证电力系统的安全运行。

参考文献:

[1]DL/T596—1996,电力设备预防性试验规程[S].北京:中国电力出版社,1996.

[2]SDL 87—1986,变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].北京:水利电力出版社,1986.

[3]郝有明,温念珠,范玉华,等.电力用油(气)实用技术问答[M].北京:中国水利水电出版社,2006