变压器检修中油色谱分析的实践应用

刘凤贞　郭明刚

摘 要：变压器是整个电力系统和电网中的重要设备，对于变压器的故障检测主要有色谱分析检测和电气量检测。前者主要是对变压器油中特征气体的产气速率、三比值法和含量进行分析。在实际应用过程中，采用不同的分析模型确定设备运行是否属于正常或存在潜伏性故障以及故障类别，能有效判断变压器的内部故障以及故障类型。

关键词：变压器；检修；色谱分析；故障分析；特征气体

引言

在现今的大型发电厂以及发电站中，作为主要设备之一的大型变压器在整个电力系统中不仅承担着传输电能还承担着改变输送电压等级的重要作用。一方面大型变压器能够升高电压把电能输送到全国各用电地区，另一方面大型变压器还可以将电压降低为各级使用电压从而适应不同的供电需求。在整个电力系统输送电能的整个过程中，会产生功率和电压两方面的损耗，当输送同一功率的电力时，功率损耗与电压的平方成正比而电压损耗与电压成反比。因此大型变压器的作用就能够提高电压而减少电压损失。电网供电的经济性和可靠性直接受到大型变压器的安装或检修的质量的影响。

综合运用各种有效的检测方法对变压器进行故障诊断，根据电力设备预防性试验规程规定的规程参考，根据检测结果进行判断和综合分析，在不停电的情况下，通过色谱分析对变压器油中气体的的检测的化学检测方法，对变压器其发展程度的早期诊断及内部的某些潜伏性故障有效。故障的程度及性质和油中气体的各种成分含量直接有着密切的不同的数学对应关系。变压器故障错综复杂，如果对依靠单纯的故障检测方法测明部分发热故障过程中所存在的气体进行色谱分析，就能够更为有效的检测出其中所潜伏的一些故障因素。

1 油色谱分析理论研究

1.1 基本原理

实际上油色谱分析理论是在温度的规律性变化情况下通过对变压器油中不同气体表现出来的出现频率的探索。在温度规律性升高的过程中，产气率在进行的故障检测技术和早期分析情况下，最大的气体依次为甲烷、乙烷、乙烯和乙炔。在实际的生产过程中，变压器油在这一客观情况下，出现的故障状态下温度变化被充分的证实，油的溶解气体含量与其温度变化存在着客观联系。由于老化等原因，极少量气体在常规运转状态下将会被逐步地分解出来，这些气体的分解速率在故障出现的时候将会极大的提升，变压器内部气体成分所占的比重最终会快速上升。变压器中的绝缘油中以及少量也可能溢出进入气体继电器中主要包含这些气体。变压器的整体故障情况和在变压器中的各种气体所占比例之间存在着客观的联系。因此，成功应用定期对变压器中的企业成分进行测量技术，就能够对及早发现充油电力设备中的潜在性问题有着重要的现实意义。

1.2 基本程序

首先若氢气、乙炔、总烃有一项特征气体的含量大于规程规定的注意值的20%，应先根据特征气体含量找出对应关系作大致判断，主要的包括：总烃中烷烃和烯烃过量而炔烃很小或无，则是过热的特征；氢气则有可能是有进水受潮的可能；乙炔可能引起电弧或火花放电。然后应当通过计算产生速率来对故障发展的快慢进行评估。再次通过分析气体组分含量，进行三比值计算，确定故障类别。最后通过其它试验核对设备的运行状况，对其进行综合分析判断。

2 油色谱分析中变压器故障类型及特征气体

2.1 过热性故障

分为裸金属过热和固体绝缘过热两类，它们的区别在于油等绝缘材料会发生裂化分解，以及导致变压器设备的绝缘性能恶化。两者的区别在于裸金属过热二氧化碳和一氧化碳的含量较低，而固体绝缘过热二氧化碳和一氧化碳的则较高。

2.2 电效应故障

设备的绝缘性能会因为设备内部产生电效应而发生恶化现象。按照产生电效应的强弱分为三种。第一种是高能电弧放电，主要为乙炔和氢气气体的产生，其次是甲烷和乙烯气体。这种故障一般色谱法由于在设备中预兆不明显、存在时间较短较难预测。第二种低能量火花放电是一种间歇性的放电故障。套管引线对电位未固定的均压圈、套管导电管等的放電；铁心接地片、引线局部以及分接开关接触不良或者金属螺丝电位悬浮而引起的放电等。主要产生C2H2和H2气体，其次是CH4和C2H4气体，一般总烃含量由于故障能量较低而不高。第三种局部放电主要由于设备受潮或者制造工艺差或维护不当发生在套管和互感器上造成局部放电。产生气体主要是H2，其次是CH4。少量的乙炔气体在放电能量较高时，也会产生。

2.3 主要气体含量达到注意值时故障分析方法

在判断设备内有无故障时，首先将相对应的规范性导则规定的注意值与气体分析结果中的氢气、总烃含量、乙炔主要指标进行比较。如果出现某种含量超过注意值时都应引起注意。只不过这些规定值不能够作为划分设备有无故障的不变的唯一标准。如有些气体含量虽低于注意值，但含量增长迅速时，也应追踪分析；或者有的设备即使超过注意值，使得气体含量较高，因为可能是外来干扰引起的基数较高，而不是本体故障所致，这时应与原始数据进行综合分析。最终判断有无故障，是把分析结果绝对值超过规定的注意值，且产气速率又超过10%的注意值时，才判断为存在故障。其次注意值不是变压器停运的限制，要根据具体情况进行判断，如果不是电路或绝缘等问题，可以缓停运检查。再者若油中含有氢和烃类气体，但不超过注意值，且气体成分含量一直比较稳定，没有发展趋势。则认为变压器运行正常。

2.4 据三比值法分析判断方法

三比值法又称IEC三比值法。罗杰斯比值法通过改进得到的一种方法。通过计算，将选用的5种特征气体乙炔乙烯比值、甲烷氢气比值、乙烯乙烷比值构成三对比值，三对比值对应不同的编码，然后分别对应经统计得出的不同故障类型。应当注意应用三比值法时只要分析方法灵敏度极限值的10倍小于或者等于油中气体各成分浓度，都认为它超过注意值。进一步用三比值法分析在气体成分含量足够高的情况下，确定变压器内部存在故障需要对其故障性质在经综合分析后方可进行。一律使用三比值法，不论对油中各种气体含量正常的变压器还是变压器是否存在故障，其比值没有意义。同时还会有可能错误的判断为故障变压器，造成不必要的经济损失。

2.5 故障产气速率判断法

为了能够准确的确定故障的严重程度和存在与否。不仅仅考虑故障部位的产气速率及早发现虽未达到气体含量的注意值引起的潜伏性故障，还必须通过油中溶解的气体含量所得的分析结果的绝对值。对于通过产气速率大小，《变压器油中溶解气体分析判断导则》中给出了推荐值作为判断故障的危害程度。当相对产气速率的总烃的产气速率大于10%时或大于指定流量时可能存在严重故障应引起注意。总烃的绝对值或者总烃产气速率小于注意值时，变压器正常；总烃含量介于注意值和注意值的3倍之间，总烃产气速率小于注意值，根据指定规范说明变压器有发展缓慢的潜在性故障，可继续运行并注意观察。在前者的前提下，如果总烃产气速率为注意值的1到2倍，则应缩短试验周期，密切注意变压器有故障发展；注意值的3倍小于总烃含量且总烃产气速率大于注意值的3倍，则变压器的故障发展迅速，并且情况严重，应立即采取必要的措施，进行检修。

3 结束语

色谱分析方法对于变压器油中气体含量的检修能及时有效诊断变压器内部潜伏性故障以及存在的潜在性的故障因素。具体应用中，要实事求是，根据不同的情况，采用不同的分析方法对故障或缺陷的不同发展时段，结合电气试验数据和设备的实际运行状况，要对变压器进行综合分析，做出正确评判设备状况或制定针对性的检修计划，确保变压器可靠、经济、安全运行。

参考文献

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