变压器油中溶解气体研究和故障判断

贺天宇

摘 要：变压器系统发生故障或出现异常时，变压器油液的分解变化更为明显。以变压器油液中的溶解气体为研究对象，并以此作为变压器发生故障的判断依据，从而保障变压器运行的可靠性。

关键词：变压器；溶解气体；油液；故障

中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0015-02

变压器油箱中的油液可直观反映其异常情况或故障问题，比如油温异常、气味或颜色异常等，通过对变压器油液的分析、研究，可有效诊断变压器的故障问题。变压器油液在环境湿度、空气氧气浓度等长期催化下会发生化学分解或变质作用，生成可溶性气体溶入油液中。变压器在正常运行时，这种化学作用是比较缓慢的，然而，如果变压器存在异常或故障隐患时，则会加剧这种作用，分解出更多的气体。因此，对变压器油液中所溶解的气体组成、含量等进行研究、分析，便可对变压器故障进行准确判断，以便得到及时解决。

1 油液中溶解气体的主要成分及来源

通过采用特定的方式对变压器油液中的溶解气体进行检测、分析，归纳、总结出变压器油液中的可溶解气体成分及来源主要如下：①空气中的气体。由于变压器油液在使用中与空气是直接接触的，因此空气中可溶性物质如N2、O2等成分便会溶于油液中。②正常状态下因化学反应而生成的气体。变压器油液主要是由烃类组成，这种物质在绝缘、可散热性能上发挥着较好的作用。然而，烃类在电场、水、氧气等环境下，会发生缓慢的化学反应，生成物除包括有非气态的化合物外，还会分解释放出少量的氢气、低分子组态的烃类气体和较多的无机碳氧化合物，比如典型的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。③异常或故障情况下的气体生成物。变压器发生故障或出现异常情况时，油箱中油液温度高于正常温度，而这种变化会使油液中的化学反应生成物向碳、氢化合物转变。在油温上升幅度较小时，生成物主要为甲烷（CH4），随着温度的升高，生成物中碳的含量逐渐升高，比如生成乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等。如果故障问题影响到变压器中使用的固体绝缘物质时，则反应生成物以碳氧化合物CO、CO2为主。

2 变压器故障问题的分析、判断

由于变压器发生故障时，油液中烃类化合物的成分及比重会出现异常，比如CO、CO2的含量及C2H2、H2的比重，因而可通过对油箱中油液的采样分析，对变压器的故障作出判断。

2.1 故障情况下的气体成分

上文提到，变压器中的油液主要是由烃类组成，在发生故障时油温升高，会使在局部高温区的绝缘性烃类触发热反应，从而生成气体。一般而言，变压器油液中的烃类C-H键或C-O键在300～400 ℃时便可断链，并重组形成低分子气态饱和烃。随着油温的升高，生成物不仅有低分子气态烃类，也有烯烃或炔烃等。由变压器故障引发的放电现象也会影响到烃类的化学反应。如果放电量较少，则烃类分解释放的H2较多，另外还有少量的低分子气态烃生成，比如CH4、C2H4等；如果放电量增加，则会生成C2H2等气体。此外，油液中还有部分碳氢化合物主要是由油液中存在的固态绝缘物在放电情况下产生的，其浓度取决于反应物即固态绝缘物的量。表1所示为不同情况下变压器中气体的含量。

表1 变压器中的气体成分及含量

设备名称 结论

气体 气体

成份 含量（ppm） 正常 异常 故障

变压器 氢 H2 <100 100～150 >150

甲烷 CH4 <45 45～80 >80

乙烷 C2H6 <35 35～45 >45

乙烯 C2H4 <35 55～100 >100

乙炔 C2H2 <5 5～10 >100

总炔 ∑CH <150 150～200 200

2.2 根据气体含量判断变压器故障

对变压器油液中气体成分进行分析后得出：如果测得C2H2/C2H4的值在0.1以下，CH4/H2的值在0.1～1之间，C2H4/C2H6的值在1以下，则表明变压器设备虽开始老化，但仍可安全运行；如果C2H2/C2H4的值仍在正常范围内，CH4/H2的值大于0.1，C2H4/C2H6的值在0.1～1时，属于局部放电现象，因变压器油液中存在气泡或其他悬浮类物质、变压器设备受潮等引起；如果C2H2/C2H4的值增加至0.1～1区间时，则属于强放电现象，比如变压器内部的绝缘固态材料放电，当发生这种现象时，现场负责人员应加强变压器的检测、管理工作，避免事故发生；如果C2H2/C2H4的值在不断增大，范围在1～3，CH4/H2的值在正常范围内，而C2H4/C2H6的值大于3时，则表明变压器线路中存在工频持续放电问题，比如变压器线圈、线匝间或线圈对地间的变压器被击穿等，设备负责人员应对其进行及时处理，确保变压器的正常运行。

3 变压器内部故障的判断

变压器内部故障的判断可从以下几方面入手：①采样观察，即对变压器油液的外观进行观察，判断其是否有悬浮物，颜色、气味是否异常，并对油液中的气体成分进行色谱分析等；②如果判定变压器存在故障或异常点，应排除故障点的产气速率与其耗能、温度等有关；③通过上述三组气体物的比值确定变压器的故障点或原因；④如果继电器发生气体泄漏情况，应将继电器中的气体含量对比结果与从油液中提取的结果进行比对，以防误判。

4 变压器故障分析的注意事项

4.1 取样应正确、规范、可靠

在对变压器油液进行取样观察时，操作应正确、规范，以防油液受到污染。采样时，首先应完成变压器油样活门的清洁工作，对其反复进行三次以上放油后从油样活门处取油，并且选择干净、密封性能良好的器皿，比如医用注射器等，将取好的油样放置于避光、温度低的环境中。此外，在取样时，应确保样本的数据准确、可靠且具有代表性。取样时，取样阀中某些合金材料中含有的镍对油液中烃类的分解具有催化作用，并会产生大量的氢气围在取样阀四周，进而影响到取样的最终结果，因此，取样应在充分放油后进行，方能获得可靠的分析样本。

4.2 严格排查放电性故障

放电性故障易导致变压器发生事故，并引发断电等问题。而乙炔是判断放电性故障的依据，因而如果在油液中检测到乙炔的含量即使低于标准规定的5 μL/ L（适应于250 kV及以下的变压器），设备管理人员也应引以重视。此外，应正确判断变压器中气体的来源，以防误判。判断时应注意以下两方面：①一些变压器的油箱是带油进行焊接的，电焊的温度高达1 000 ℃，而这种高温可加速油液中烃类的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24 h后应及时采样进行分析、比对，准确判定乙炔的来源；②在补给油液时，如果补充油中存在乙炔，也会引起误判，因此，在对油箱进行油液补给时，应确保补充油满足使用需求。

4.3 注意氢气含量

在对变压器中的油液进行采样时，当油液中氢气成分含量升高时，应首先确定油液中微水的含量，从而可排除因设备受潮引起的误判。对于刚投入使用的新型变压器，考虑到其在生产制造过程中，因未完全脱气或绝缘材料的种类不同等，在一些情况下也会使测出的氢气含量高于标准值，此时不能盲目判定是变压器发生故障，应该进一步跟踪采样分析。

4.4 检修后的气体分析

在对变压器故障问题进行检查、修复后，变压器中的残余油液中仍存有某些特征气体，同时，在变压器滤油区，有些部位无法进行油循环过滤，而对故障进行检修后这部分油液中的气体含量较其他区域多，且在设备投入使用后可能会扩散至其他区域，因而在对变压器油液进行跟踪采样分析时，会发现油液中的气体成分在明显增加。因此，在完成设备检修后，通过对油液中气体成分的跟踪检测，如果各故障特征气体的生成速度在逐步放慢，且一段时间后，气体含量基于保持不变时，则可判定变压器设备的故障已解决，可继续投入使用。

5 结束语

变压器油液中的溶解气体是变压器运行状态正常与否的可靠指示灯，可有力地映射出变压器的故障问题，对确保变压器的稳定运行起到重要的作用。然而，在对油液中的溶解性气体进行采样分析时，要兼顾到设备的型号结构、变压器运行方式、油液更新频率和历史数据比对等因素，综合判断变压器可能存在的故障问题，杜绝因采样分析造成的误判断，从而确保变压器的安全、可靠运作。

参考文献

[1]兰万里，宋广洋.变压器油中溶解气体产生原因及故障分析[J].电力机车与城轨车辆，2012（35）.

[2]孟涛，陈强.利用变压器油中溶解气体分析技术进行故障诊断的研究[J].电工电气，2011（01）.

[3]王延爽.油中溶解气体分析技术在变压器故障分析中的应用[J].科技创新与应用，2014（08）.

[4]王红卫.浅谈变压器故障检查与维护[J].科技情报开发与经济，2010（28）.

〔编辑：刘晓芳〕

Transformer Oil Dissolved Gas Research and Fault Diagnosis

He Tianyu

Abstract： The transformer system failure or abnormal， transformer oil decomposition change more obvious. With transformer oil dissolved gas as the research object， and as a basis to judge a transformer failure， in order to protect the reliability of transformer operation.

Key words： transformer； dissolved gases； oil； failure

4.2 严格排查放电性故障

放电性故障易导致变压器发生事故，并引发断电等问题。而乙炔是判断放电性故障的依据，因而如果在油液中检测到乙炔的含量即使低于标准规定的5 μL/ L（适应于250 kV及以下的变压器），设备管理人员也应引以重视。此外，应正确判断变压器中气体的来源，以防误判。判断时应注意以下两方面：①一些变压器的油箱是带油进行焊接的，电焊的温度高达1 000 ℃，而这种高温可加速油液中烃类的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24 h后应及时采样进行分析、比对，准确判定乙炔的来源；②在补给油液时，如果补充油中存在乙炔，也会引起误判，因此，在对油箱进行油液补给时，应确保补充油满足使用需求。

4.3 注意氢气含量

在对变压器中的油液进行采样时，当油液中氢气成分含量升高时，应首先确定油液中微水的含量，从而可排除因设备受潮引起的误判。对于刚投入使用的新型变压器，考虑到其在生产制造过程中，因未完全脱气或绝缘材料的种类不同等，在一些情况下也会使测出的氢气含量高于标准值，此时不能盲目判定是变压器发生故障，应该进一步跟踪采样分析。

4.4 检修后的气体分析

在对变压器故障问题进行检查、修复后，变压器中的残余油液中仍存有某些特征气体，同时，在变压器滤油区，有些部位无法进行油循环过滤，而对故障进行检修后这部分油液中的气体含量较其他区域多，且在设备投入使用后可能会扩散至其他区域，因而在对变压器油液进行跟踪采样分析时，会发现油液中的气体成分在明显增加。因此，在完成设备检修后，通过对油液中气体成分的跟踪检测，如果各故障特征气体的生成速度在逐步放慢，且一段时间后，气体含量基于保持不变时，则可判定变压器设备的故障已解决，可继续投入使用。

5 结束语

变压器油液中的溶解气体是变压器运行状态正常与否的可靠指示灯，可有力地映射出变压器的故障问题，对确保变压器的稳定运行起到重要的作用。然而，在对油液中的溶解性气体进行采样分析时，要兼顾到设备的型号结构、变压器运行方式、油液更新频率和历史数据比对等因素，综合判断变压器可能存在的故障问题，杜绝因采样分析造成的误判断，从而确保变压器的安全、可靠运作。

参考文献

[1]兰万里，宋广洋.变压器油中溶解气体产生原因及故障分析[J].电力机车与城轨车辆，2012（35）.

[2]孟涛，陈强.利用变压器油中溶解气体分析技术进行故障诊断的研究[J].电工电气，2011（01）.

[3]王延爽.油中溶解气体分析技术在变压器故障分析中的应用[J].科技创新与应用，2014（08）.

[4]王红卫.浅谈变压器故障检查与维护[J].科技情报开发与经济，2010（28）.

〔编辑：刘晓芳〕

Transformer Oil Dissolved Gas Research and Fault Diagnosis

He Tianyu

Abstract： The transformer system failure or abnormal， transformer oil decomposition change more obvious. With transformer oil dissolved gas as the research object， and as a basis to judge a transformer failure， in order to protect the reliability of transformer operation.

Key words： transformer； dissolved gases； oil； failure

4.2 严格排查放电性故障

放电性故障易导致变压器发生事故，并引发断电等问题。而乙炔是判断放电性故障的依据，因而如果在油液中检测到乙炔的含量即使低于标准规定的5 μL/ L（适应于250 kV及以下的变压器），设备管理人员也应引以重视。此外，应正确判断变压器中气体的来源，以防误判。判断时应注意以下两方面：①一些变压器的油箱是带油进行焊接的，电焊的温度高达1 000 ℃，而这种高温可加速油液中烃类的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24 h后应及时采样进行分析、比对，准确判定乙炔的来源；②在补给油液时，如果补充油中存在乙炔，也会引起误判，因此，在对油箱进行油液补给时，应确保补充油满足使用需求。

4.3 注意氢气含量

在对变压器中的油液进行采样时，当油液中氢气成分含量升高时，应首先确定油液中微水的含量，从而可排除因设备受潮引起的误判。对于刚投入使用的新型变压器，考虑到其在生产制造过程中，因未完全脱气或绝缘材料的种类不同等，在一些情况下也会使测出的氢气含量高于标准值，此时不能盲目判定是变压器发生故障，应该进一步跟踪采样分析。

4.4 检修后的气体分析

在对变压器故障问题进行检查、修复后，变压器中的残余油液中仍存有某些特征气体，同时，在变压器滤油区，有些部位无法进行油循环过滤，而对故障进行检修后这部分油液中的气体含量较其他区域多，且在设备投入使用后可能会扩散至其他区域，因而在对变压器油液进行跟踪采样分析时，会发现油液中的气体成分在明显增加。因此，在完成设备检修后，通过对油液中气体成分的跟踪检测，如果各故障特征气体的生成速度在逐步放慢，且一段时间后，气体含量基于保持不变时，则可判定变压器设备的故障已解决，可继续投入使用。

5 结束语

变压器油液中的溶解气体是变压器运行状态正常与否的可靠指示灯，可有力地映射出变压器的故障问题，对确保变压器的稳定运行起到重要的作用。然而，在对油液中的溶解性气体进行采样分析时，要兼顾到设备的型号结构、变压器运行方式、油液更新频率和历史数据比对等因素，综合判断变压器可能存在的故障问题，杜绝因采样分析造成的误判断，从而确保变压器的安全、可靠运作。

参考文献

[1]兰万里，宋广洋.变压器油中溶解气体产生原因及故障分析[J].电力机车与城轨车辆，2012（35）.

[2]孟涛，陈强.利用变压器油中溶解气体分析技术进行故障诊断的研究[J].电工电气，2011（01）.

[3]王延爽.油中溶解气体分析技术在变压器故障分析中的应用[J].科技创新与应用，2014（08）.

[4]王红卫.浅谈变压器故障检查与维护[J].科技情报开发与经济，2010（28）.

〔编辑：刘晓芳〕

Transformer Oil Dissolved Gas Research and Fault Diagnosis

He Tianyu

Abstract： The transformer system failure or abnormal， transformer oil decomposition change more obvious. With transformer oil dissolved gas as the research object， and as a basis to judge a transformer failure， in order to protect the reliability of transformer operation.

Key words： transformer； dissolved gases； oil； failure