变压器油中溶解气体的分析与故障判断

张巧珍　宋海友（.国家电网公司河南省电力公司新乡供电公司，河南新乡　45300；.中国电子科技集团公司第二十二研究所，河南新乡　453003）



变压器油中溶解气体的分析与故障判断

张巧珍1宋海友2
（1.国家电网公司河南省电力公司新乡供电公司，河南新乡453002；2.中国电子科技集团公司第二十二研究所，河南新乡453003）

【摘 要】本文列举了电力变压器运行中，变压器油中产生气体的类别、原因与过程，分析了在变压器故障发生的各个时期产生的可燃气体种类和特征，针对不同类型的故障给出了相应的判定方法与依据，并提出了在故障发生时应该采取的正确的处理步骤，以及有效避免变压器故障的发生与进一步恶化的可靠方法。

【关键词】变压器故障变压器油气相色谱法

在生产中，变压器长时间运行，变压器油在高温高压长时间作用下，可能导致初期故障，油中分解多种可燃性气体则是产生内部故障的先兆，这些可燃气体是降低变压器油的闪点，引起早期故障的原因。

变压器油和纤维绝缘材料长期在高温高压下运行，受水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响而缓慢老化、分解，产生的大部分气体溶于油中，当变压器内部存在初期故障或形成新的故障时，就会迅速产生气体，并且产气量迅速增加，绝大多数的初期故障缺陷都会出现早期迹象，因此，对变压器产生气体进行成份和气体量的分析是研判变压器早期故障的有效方法。

1　分析变压器油中的气体成份

目前，采用气相色谱法对变压器油中的气体进行成份和气体量进行分析是研判变压器早期故障的最有效方法，色谱法有两个步骤：从油中脱气和测量两个过程。地矿油是由大约2871种液态碳氢化合物组成的，通常只鉴别绝缘油中的个别气体：氢气（H2）、氧气（O2）、氮气（N2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9种气体，将这9种气体从变压器油中脱离出并用气相色谱法分析，通过对这些成份和气体量分析，就可判断出产生这些气体的故障类型和严重程度。变压器油在正常运行老化过程中，主要产生的气体是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），但当变压器在运行中绝缘存在局部放电时（如油中气泡击穿），变压器油裂解产生的主要气体是氢气（H2）和甲烷（CH4）。当变压器故障时，变压器油温度高于正常运行温度不多时，产生的主要气体是甲烷（CH4），随变压器温度的升高，乙烯（C2H4）和乙烷（C2H6）逐渐裂解，乙烯（C2H4）和乙烷（C2H6）将成为主要物征气体；当变压器温度高于1000℃时（如在电弧弧道温度300℃以上），变压器油加速裂解，产生乙炔（C2H2）气体速度快，变压器油中乙炔（C2H2）气体含量增高，当故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），此时变压器油中会含有较高的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。

2　根据气体判断电气设备的故障性质

根据变压器油中气体成分特征的判断电气设备的故障性质：

（1）当C2H2/C2H4≤0.1 0.1＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6＜1时，属于变压器在长期高温运行下的正常老化。

（2）当C2H2/C2H4≤0.1 CH4/H2＜0.1

0.1＜C2H4/C2H6＜1时，属于变压器低能量密度的局部放电，属于气体饱和或变压器油受潮湿度高等原因造成的。

（3）当0.1＜C2H2/C2H4＜1CH4/H2＜0.1

0.1＜C2H4/C2H6＜1时，属于变压器高能量密度的局部放电（除含气空腔的放电），导致变压器固体绝缘材料的放电痕迹。

（4）当 1＜C2H2/C2H4＜30.1＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6＞3时，属于变压器有工频电流续流的放电，线圈间或线圈对地之间放电引起变压器油的电弧击穿产生的。

（5）当 C2H2/C2H4≈3 0.1＜CH4/H2＜1

C2H4/C2H6≈3时，属于变压器低能量的放电，伴随着放电强度及时间的增长，特征气体的比值逐渐增加到3，变压器故障可能是连续火花放电或固体材料击穿引起变压器油解裂产生的。

（6）当 C2H2/C2H4≤0.10.1＜CH4/H2＜1

1＜C2H4/C2H6＜3时，属于变压器故障点温度低于150℃的热故障，通常是包有绝缘层的导线过热，变压器特征气体主要有固体绝缘材料分解产生的。

（7）当 C2H2/C2H4≤0.11＜CH4/H2＜3

C2H4/C2H6＜1时，属于变压器故障点温度300℃以下的低温热故障。

（8） 当C2H2/C2H4≤0.11＜CH4/H2＜3

1＜C2H4/C2H6＜3时，属于变压器故障点温度在300～700℃的中温热故障。

（9）当 C2H2/C2H4≤0.11＜CH4/H2＜3

C2H4/C2H6＞3时，属于变压器故障点温度高于700℃的高温热故障。

在实际中，形成7、8、9这三种故障的主要原因可能是磁通引起的铁芯局部过热和放电同时存在，或有载调压变压器的切换开关油室渗漏引起的。

3　变压器发生内部故障时的分析处理

（1）观察取的油样外观检查有无悬浮颗粒，有无芳香气味等，根据变压器油色谱分析油中溶解的气体。

（2）跟踪观察变压器故障的发展趋势，如果故障存在的话，那么变压器油产气速率将与故障大小，故障部位，故障点的温度等情况有关。

（3）当变压器内部存在故障时，通过变压器油色谱分析用三比值法，判断变压器故障的类型及严重程度。

（4）如果气体继电器内部存在气体，将继电器内气样的分析结果与油中取出气体的分析结果进行比较。

变压器是电网中的重要设备之一，虽然配有避雷器、差动、接地等多重保护，但由于内部结构复杂、电场及热场不均等诸多因素，事故率仍然很高。根据以上分析结果，每台变压器制定一个良好的维护、检查和试验的计划，同时利用先进在线监测设备，加强状态维护模式，不但有助于变压器获得最大的使用寿命，显著地减少变压器故障的发生，预防不可预计的电力中断，有效地避免恶性事故和重大损失，而且可大量节约经费和时间，使电力供应更加安全可靠。