变压器故障油色谱分析方法

赵燕玲

宁夏石嘴山供电局，宁夏石嘴山 753000

0 引言

诊断变压器设备是否有故障需要我们结合各个方式和方法进行检查和监测，会运用到多种技术措施，全方位的分析判断，按照DL/T596-1996电力设备中预防设备故障的试验规则中的项目和指标标准，结合变压器油中各种气体的色谱分析办法，对变压器中有可能存在的潜在风险和故障进行一个早期的预测，在实际运作的情况中，也说明了这个方法是可行的，油中各个气体的含量的高低与变压器是不是又故障发生，变压器故障的性质和故障严重程度的好坏是有非常紧密的联系的。

1 变压器故障类型包括：过热、放电和绝缘受潮三种类型

1）设备绝缘性不好，起不到保护变压器的作用，有可能导致设备过热引起故障。起不到很好的保护设备的作用，导致绝缘材料迅速的分解。具体过热性的故障类型还可以分为裸金属过热和固体绝缘过热；

2）放电性原因是设备内部出现了产生电的效应，分为高能放电（电弧放电）、低能放电（火花放电）和局部放电，这是按照生电效应的强弱划分为三种形式。

（1）变压器设备分析诊断为高能放电类型的时候，就不断地产生含有乙炔和氢气的气体成份，其次会有甲烷和乙烯，因为高能放电的类型一般在设备中发生的时间比较短，所以风险预兆不是很明显；

（2）火花放电的故障类型属于间歇性的故障，它不会长时间的产生放电效应，这种类型的设备故障在发生时产生的气体成份与高能放电产生的气体成份大致是类似的，但是由于这种故障发生时所产生的能量是比较少的，所以总烃成份的含量不会过高的。一般常见的故障会出现在套管引线对电位未固定的套管导电管，均压圈等地方，还有就是引线局部或者铁心接地片地方的接触不良的地方也是比较容易产生火花的地方，要格外注意观察这些部位；

（3）设备由于维护不当受潮或者因为本身的制造质量差容易发生局部放电的情况，故障发生的时候主要包含的气体是氢气，其次是甲烷，这两种成分是最主要的，有时候会产生少量的乙炔气体。

3）绝缘设备变质性能低下不能起到很好的保护作用时候，变压器会因此受潮出故障，这时候的特征气体变现为H2的含量比较高，其他特征气体的含量不会有太大明显的变化，但是这个时候要注意芳烃的含量，因为芳烃本身具有“抗析气”的特性，要考虑到不同牌号油的含有芳烃的多少是不相同的，作用在电场下所产生的气体含量也是不一样的，在分析诊断故障类型的时候要注意这些因素的存在。

2 色谱分析诊断的基本程序

油中气体的含量多少要油色谱分析导则中的规定标准做出对比，也就是跟注意值进行比较，这是在分析诊断设备是否存在故障的时候首先要做的。

表1 正常变压器油中气，烃类气体含量的注意值

1）若氢气、乙炔、总烃含量值有一项是大于导则规定的注意值的20%，主要的对应关系可参照：含有乙炔，考虑电弧或者火花（低能）放电的类型故障；加入氢气含量较大可以查看是不是受潮；总烃中烷烃和烯烃假如含量过大，炔烃含量太小甚至没有要查看是不是过热故障类型；

2）计算产生速率，为了能更好地评判故障发展程度的快慢；

3）拿出三比值作出仔细的对比计算，确定出来变压器故障的类型；

4）检查设备之前运行历史，还要结合其他的分析全面的进行诊断。

3 气体含量达到注意值时故障分析方法

记住各项特征气体的含量标准一般要求220kV及以下变压器H2不大于150μl/L、C2H2不大于5μl/L（500kV1PPM）、∑CH不大于150μl/L，要将气体分析结果中的主要含量和《电气预防性试验规程》中的各项注意值进行对比。

1）注意当分析出来的气体含量任一一项超过注意值的时候就应该有所警觉。但是不能单纯的以这个“标准”为唯一的标准，因为注意值并不是划分故障是不是存在的标准。一些气体含量值虽然低于注意值，但是数值增长的过于迅速的时候也应该注意追踪分析。在判断设备有没有故障的时候是在各种气体产生的速率超过10%的注意值的时候才能定位有故障存在，在这个过程中要注意非故障性原因产生的故障气体的因素，以影响了错误的判断，要注意分析结果绝对值和注意值的高出比例；

2）在变压器实际运作当中，工作人员在检查故障原因是要清楚注意值并不是变压器停运的数值，如果检查并不是电路问题，也不是绝缘问题，可以考虑缓停变压器进行检查；

3）在油中气体氢气和烃类这两种含量一直保持在稳定的状态下的时候，没有超过注意值，也没有太大的发展趋势和变化，一般在这种情况下可以认定为变压器是运行正常的，是没有故障存在的；

4）变压器长时间的运行外部绝缘保护体会出现恶化，变压器油中会产生CO和CO2，这个时候要格外注意这两种气体的含量和对比值。

这两种气体含量会随着设备年月的增加或者设备的结构、设备运行所承受的负荷和温度都有关系，简单明白的可以认为在开放式的变压器中CO成分的含量小于300μl/L，CO2/CO比值在7左右的时候是在正常的范围内；而在密封的变压器中的CO2/CO比值在低于7时也是属于正常范围内的，注意值在这样的作用下并不能做出统一的标准。

4 气体增加由于外部原因造成的情况

1）油泵轴承磨损故障、油流继电器故障等；

2）散热片堵塞引起故障；

3）C2H2增加，原因可能是设备外部电焊引起的气体；

4）设备本体由于进水造成H2含量增加；

5）油质量不高，油品色谱不合格；

6）虑油机在真空过油的时候温度太高导致油裂解；

7）周围外部环境（电石炉）造成，或者油流静电、试验标气不纯、过负荷等原因。

5 根据三比值法分析判断方法

在利用三比值方法进行诊断设备故障的时候要注意几点问题，首先要清楚三比值的构成是通过对C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6的值计算得出的，然后再经过统计分析出不同的故障类型，在分析和应用的过程中要注意的是：

1）这种比值的方法在对油中气体含量比较正常的情况下是不起作用的，没有应用的价值；

2）对比三比值方法分析之后，观察各种特征气体在超过注意值得时候，气体成份的浓度大于分析方法灵敏度极限值的10倍，再结合其他分析方法综合判断得出设备内部确实存在故障，然后才可以应用三比值的方法分析故障的类型和故障。假如没有确定设备内部是否存在故障就参照这种方法分析，是极其容易出现误判的，误判故障存在也许会造成很大的经济损失，甚至还会有不必要的人力和物力分付出；

3）应用举例

某110kV主变差动、瓦斯动作跳闸，油色谱分析报告为：

气体成份 甲烷 乙烯 乙烷 乙炔 氢 CO CO2 总烃 日期含量ml/l 117.44117.1514.7896.68 612 644.072697346.054.3066.52165.8525.2971.16110.55612.785318.9328.225.9

上表中的数据显示是变压器和瓦斯继电器同一时间都在运作的时候，观察乙烯、甲烷、乙炔、氢气、总烃各项气体的含量，发现它们的含量都超过了注意值，可以直接应用三比值的方法进行分析。查编码为102，结果属于高能放电的故障类型，是非常有可能出现工电弧击穿现象；另外查看初步判断B相绕组有着比较严重的电弧故障，因为结合外部电气试验检测出B相高压绕组直流电阻不平衡率达到了25%。并且在检查中也看出了有电弧放电的痕迹，主变本体出现严重损坏，发现B相高压绕组中性点处有匝间短路的情况。

6 发展应用展望

6.1 变压器油色谱在线分析检测装置

实现油色谱现在分析设备故障对于判断变压器风险和缺陷是非常有帮助的，油色谱在线分析装置的运行可以实现不间断的连续检测设备的状态，这种方式尤其是在检测设备缺陷变化发展的程度有很大帮助，让工作人员可以及时的掌握设备的缺陷和存在的安全风险，使得油色谱由周期性的分析变成了随时的状态分析的区别，这将是变压器检修中最显著重要的一个标志，很大程度上提高了工作效率和分析判断故障的准确性。在设备出现故障的时候，以目前的技术上水平，因为还有很多限制，我们还是需要在故障发生的时候尽快取出油样本拿到实验室进行复查，因为还是很难在故障发生前做出准确的早期报警。

6.2 便携式油色谱分析装置

简单便携的油色谱分析方法相对于实验室的油色谱分析方法不会有太多技术上的区别，唯一的好处就是将实验室的分析方法搬到了现场进行判断分析，这种方式可以使得工作人员在故障发生的第一时间就能够对故障的类型和性质作出判断，这也大大提高了工作效率，目前会随着状态检修设备的开展会不断地提升此技术，使得这项技术在分析故障的准确度上面更加接近实验室分析的标准和水平。

7 结论

油色谱分析方法能够效率准确的判断出变压器中潜在的风险和故障，但是在遇到具体的情况的时候，不能盲目的按照标准来执行，故障发生的实际情况或者故障发展的程度，要和一些外部电气试验数据还有设备在实际运行的过程中可能遇到的状况，要综合分析，根据现场情况来操作，另外就是要充分利用油化学检测及其灵敏性的特点，把作用发挥到最大，帮助分析判断故障的类型和性质，并且能够提出及时有效地检修策略，提高变压器的安全可靠性和运行的寿命。

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