基于油色谱分析技术的变压器故障诊断

张蓉蓉，张可光

（国网江西省电力有限公司鹰潭供电分公司，江西 鹰潭 335000）

0 引言

气相色谱分析始于20世纪60年代，我国电力部门70年代开始进行这方面的研究探索。对变压器油进行色谱分析，检测变压器油中溶解气体的成分、特征气体含量、变化趋势，可以判断变压器内部是否存在故障及潜伏性故障。油色谱分析技术的灵敏性、便利性和准确性，在变压器状态评估中发挥着关键性的作用。

1 变压器油色谱分析技术概述

变压器油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，分子中含有CH3、CH2和CH化学基团并由C-C键键合在一起。运行中的变压器油在电或热的作用下会缓慢产生少量的氢气（H2）和低分子烃类气体。变压器内部出现故障时，产生的热量使绝缘油分解出的气体形成气泡，在设备里经过对流、扩散等运动方式不断地溶解在油中。这些故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。通过对变压器油进行色谱分析就能尽早发现设备内部存在的故障。

变压器油中溶解气体包括氢气（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）共7个组分，其中甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）和乙炔（C2H2）4种气体的总和称为总烃。

变压器油色谱分析流程图如图1所示。变压器油经脱气装置处理后得到溶解气体的气样，注入气相色谱仪，再由载气（N2）把气样带入色谱柱中进行分离，并通过检测器进行检测，最后通过色谱数据工作站得到检测结果。气相色谱仪包括热导检测器（TCD）、氢焰离子化检测器（FID）和镍触媒（Ni）转化器。其中热导检测器测定氢气、氧气含量，氢焰离子化检测器测定烃类、一氧化碳、二氧化碳含量，镍触媒转化器将一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷。

2 变压器故障诊断方法

根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定，对于220 kV及以下变压器，总烃超过150 uL/L或乙炔超过5 uL/L或氢气超过150 uL/L时，应引起注意，此时并不能确定变压器肯定有故障。当检测到气体组分含量超过注意值时，应进一步确定变压器是否存在故障以及存在何种故障。目前常用的故障诊断方法有特征气体法和改良三比值法。

2.1 特征气体法

变压器不同故障类型产生的气体组分也有所不同，根据表1不同故障类型的产气特征，对故障性质进行识别。

表1 不同故障类型的产气特征

2.2 改良三比值法

改良三比值法是在IEC60599推荐的三比值法的基础上，根据国内的实践经验对编码组合和故障类型进行了细化。该方法采用五种气体的三对比值作为判断充油电气设备故障的方法。一般是在特征气体含量超过注意值后使用，其编码规则与故障类型的判断方法见表2和表3。

表2 改良三比值法编码规则

表3 故障类型的判断方法

3 变压器故障诊断实例

3.1 故障变压器基本情况

某供电公司35 kV象山变电站2号主变型号为SZ11-10000/35，山东鲁能泰山电力设备有限公司生产，2009年3月出厂。2号主变2009年交接试验发现多点接地，现场吊芯检查发现内部有一个垫片，2013年主变声音异常厂家吊芯检查未发现问题。

3.2 故障分析过程

1）2017年8月 15日21时55分，35 kV象山变2号主变差动速断。对变压器取油样进行色谱分析，色谱分析数据及上次试验数据如表4所示。

表4 2号主变压器色谱分析数据及上次试验数据

色谱分析结果显示总烃严重超标，变压器油中主要气体组分为CO、CO2、C2H4和CH4。利用特征气体法进行初步诊断，对照表1可知，2号变压器跳闸的原因可能是其内部存在油、纸绝缘过热故障。再利用改良三比值法进行诊断，由表2和表4可以得到以下数据：

C2H2/C2H4=0.002 25，比值编码为0；

CH4/H2=5.3，比值编码为2；

C2H4/C2H6=30.8，比值编码为2。

改良三比值编码为022，对照表3可知，变压器故障类型为高温过热（高于700℃）。

造成变压器高温过热的情况有很多种，为了进一步诊断变压器故障，根据油色谱分析结果，建议结合高压试验结果进行综合判断。对2号主变本体进行绝缘试验，高、低压绕组直流电阻测试，变压器绕组介质损耗测试和变比误差测量；对35 kV 302开关和10 kV 902开关进行绝缘试验，回路电阻试验和电流互感器绝缘试验。高压试验结果均合格，未发现异常。

考虑到高压试验未发现异常，继电保护装置校验正常，8月19日9时05分2号主变空载运行正常，在当天负荷超过11 MW后，18时13分将2号主变投入电网带负荷运行。建议进行色谱跟踪试验，一周后应再次取油进行色谱分析，监测油中溶解气体状况。然而未到一周，2号主变再次跳闸。

2）2017年08月 23日17时55分，35 kV象山变2号主变比例差动、本体重瓦斯差动保护跳闸。对变压器取油样进行色谱分析，色谱分析数据如表5所示。

表5 2号主变压器色谱分析数据

色谱分析结果显示H2、C2H2和总烃均超标，变压器油中的CO、CO2、H2、C2H2、C2H4和CH4这几种气体组分含量都多。对照表1可以初步确定变压器故障类型为放电故障。再利用三比值法进行诊断，由表2和表4可以得到以下数据：

C2H2/C2H4=2.39，比值编码为1；

CH4/H2=0.247，比值编码为0；

C2H4/C2H6=13.02，比值编码为2。

改良三比值编码为102，对照表3可知，变压器故障类型为低能放电。进行高压试验但未发现异常，而色谱分析结果表明变压器内部存在放电故障，建议对变压器进行吊罩检查，查找故障位置及故障类型。

3.3 故障处理及防范措施

2017年8月31日 ，对35 kV象山变电站2号主变进行吊芯检查，发现35 kV侧C相K线有载调压引流线对变压器上夹件放电。35kV侧C相K线有载调压引流线与变压器上夹件绝缘板如图2所示，引流线对变压器上夹件放电部位如图3所示。对2号主变进行返厂大修处理。

图2 引流线与变压器上夹件绝缘板

图3 引流线对变压器上夹件放电部位

4 结语

变压器油色谱分析技术能有效地发现变压器的故障及性质。35 kV象山变电站2号主变油色谱分析结果大大提高了事故处理效率且有效诊断出故障性质。35 kV象山变电站2号主变吊罩检查结果验证了油色谱分析技术的正确性。

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