浅谈色谱分析对变压器故障判断的作用

王海衡

（国家电投集团河南电力公司技术信息中心，河南 郑州 450016）

一、引言

电力变压器是电力系统实现对外发电供电的重要设备，随着社会经济的发展，除了保证电源侧的供电可靠性之外，用户侧对供电的质量要求也越来越高。对于特别重要的用电用户，为了保证可靠的供电，都备有备用的双路电源。而对于没有备有电源的用户，变压器故障导致停电带来的损失无法估量。所以，通过有效的检测手段和试验来事先预防变压器内部故障，进行预防性的检修和检查是非常必要的，对变压器油的溶解气体的色谱分析就是一种在运行中可以判断变压器故障情况的有效手段，可以防范于未然，减少经济损失。

二、变压器油中溶解气体色谱分析的必要性

对变压器绝缘油中溶解气体的气相色谱分析，是判断变压器内部故障的最典型最有效的试验方法。用这种方法分析绝缘油中所溶解的气体的组分和浓度含量，可以判断变压器（或其他充油电气设备）内部可能存在的潜伏性故障。色谱分析法已作为重要方法列入国家有关试验标准中，作为变压器的一个常规试验项目。

三、变压器油中的溶解气体分析方法初探

新生产而未经运行的变压器油，其他成分大致为：氧气（02）约30%，氮气（N2）约70%，二氧化碳（C02）约0.3%。对于正常运行的变压器，因油和绝缘材料的缓慢分解和氧化，会生成少量的二氧化碳（C02）和一氧化碳（C02），以及微量的烃（碳氢）类化合物。当变压器内部发生故障时，主要是局部过热和局部放电，由于绝缘油及固体绝缘材料的分解，也要产生一氧化碳、二氧化碳、氢及烃类气体等。在故障初期，这些气体尚不足以引起气体继电器动作，而是全部或绝大部分溶解于油中。因此可以从分析油中溶解的这些其他，及早的查出变压器的内部故障。

四、变压器油中的溶解气体与故障类型的归纳

变压器内发生故障时所产生的气体种类与故障的类型有关，通过检测油中特征气体组分及含量，可以判断出变压器的内部故障类型。

表1 不同故障类型产生的气体组成成分

将故障变压器的气体组成成分与上表对照，大致判断产生气体的原因：

（一）绝缘油在300-800°C热分解时产生大量的甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）等烃类气体，但不会产生一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）气体。

（二）当故障与固体绝缘材料相关时，即绝缘纸等固体绝缘在120-150°C长期加热下产生CO、CO2，尤其以CO2含量会显著的增长；绝缘纸等固体绝缘在300-800°C时，除了产生一氧化碳和二氧化碳以外，还会产生氢气和烃类气体。但在低温和高温时，C02/ CO之比值不同，低温时大，高温时小。（高温时一氧化碳相对也较多些。）

（三）变压器绝缘受潮时，其特征气体H2含量较高；油在电弧的作用下产生的气体大部分是氢（H2）和乙炔（C2H2），也有少量的甲烷（CH4）和乙烯（C2H4）。

（四）当存在放电性故障时，乙炔(C2H2)的含量增加。因此，当乙炔含量超过标准要求时，可能是变压器内部存在高能量放电现象。

使用特征气体分析方法时，既要根据油中气体含量的多少，又要结合各种可能的因素综合判断。因此，电力预防性规程DIdT596—1996专门列出油中溶气含量的注意值，如表2所示：

表2 油中溶解气体的注意值

某些主变压器故障分析与处理：

某电厂主要参数：型号SFP10-250000/220 额定电压：242/15.75 KV 额定电流：596.4/9164.3A 2012年6月25日，机组停运检修，对#2主变高压套管进行介损试验时，试验结果显示为A相(tanδ=-1.326 Cx=0.168pF)，末屏对地绝缘10000MΩ。B相测试结果为 (tanδ=0.327 Cx=509 pF)；C相测试结果为 (tanδ=0.337 Cx=510 pF)。通过更换仪器反复试验证实：A相高压套管存在严重故障隐患。随即在次日对主变A相高压套管抽取油样作色谱分析。附表：套管有色谱分析表

分析日期 2012-6-12 正常值取样设备 #2主变A相高压套管CH4 2059.06 C2H4 3347.27 C2H6 1178.92 C2H2 5528.93 ＜5 H2 386.06 ＜150 CO 991.89 CO2 1655.02总烃 12114.18 ＜150

根据变压器油的色谱分析，明显可见总烃、乙炔、氢含量组分多项指标远超规定值，由此可判断套管内部发生了明显的持续的电弧放电，必须更换主变A相套管，主变才能安全运行。对故障套管解体后发现：因套管末屏开路引发套管内部电弧放电并伴随发热，放电和发热使套管法兰芯部密封橡胶垫老化、碳化和变性，经多次放电，套管内部电容屏已遭破坏，油中黑色物质系油在放电过程中碳化、固体绝缘在高温下分解所致。因套管已不能可靠密封，在套管内部放电过程中，产生大量气体使其内部压力升高，使套管内故障油通过升高座，少量渗入变压器内部造成油污染。变压器油中乙炔、氢气含量超标，即由此因起。

套管解体发现测试端子引线已断开，断面整齐，断面处有黑色粉末，主变套管更换后，经过一系列试验后合格后投入运行，运行状况良好。