变压器油色谱分析及故障诊断

彭波

摘要：由于科技的发展，人们对电的要求越来越高，那么变压器作为电厂中确保电力系统稳定运行的重要设备之一，对其检查与维修及预知是非常重要的。但是在实际中变压器的检查与维修不仅工作量巨大还要求工作人员要拥有较高的专业能力。其中，油色谱出现异常是变压器出现故障所表现出来的重要形式之一，所以针对电厂变压器油色谱出现异常的问题，对问题进行分析、处理才能够有效地解决变压器故障，进一步保证电厂运行的稳定性。

关键词：变压器油色谱;故障诊断

1变压器油的化学组成

变压器油也可称为绝缘油，是通过蒸馏、精炼石油而获得的一种由各种碳氢化合物组成混合矿物质油，其中碳、氢两种元素在总质量中的占比高达95%至99%，其他由氮、氧、硫以及极少量的的金属元素组成。在有机化学中，只由碳氢两种元素组成的有机化合物称为“烃”，分子结构不同，烃化物的种类也就不同，一般可分为烷烃、芳香烃、环烷烃和不饱和烃四类。（1）烷烃。烷烃又称饱和烃，烷烃的电气性能较好但抗氧化性能较差，并且析气性在烃类中是最差的，容易在强电场作用下发生脱氢反应。（2）环烷烃。环烷烃具有较好的电气性能，同时也有較好的化学稳定性和热安定性，环烷烃有很高的发热量，凝固点低，并且也有较好的润滑性，是电力用油的主要理想成分。（3）芳香烃。单环芳香烃的电气性能较好，双环芳香烃比单环芳香烃的抗氧化性能好，多环芳香烃虽然是天然的抗氧化剂，但它氧化后会生成沉淀从而使油色变深，同时，它的介质损耗因数比单、双环芳香烃大得多，但吸氢能力又比单、双环差。所以多环芳香烃在电力用油中并非理想成分。（4）不饱和烃。不饱和烃的化学稳定性较差，但石油中本身不含不饱和烃，变压器中的不饱和烃实在石油的加工过程中产生的，一般含量很小。（5）非烃化合物。石油中除碳氢元素质量占比较高外，也有一些其他元素化合物。其中含氮化合物容易是油品氧化，从而生成沉淀而导致油色变深;少量的含硫化合物有利于油品的抗氧化性，但含量不应超过0.25%，否则会有腐蚀性;酸性氧化物同样具有腐蚀性，但中性氧化物的腐蚀性不大;胶质容易氧化后生成沉淀，而导致油质损耗和影响变压器散热。由此可见，环烷烃是变压器油的理想组成部分，而后是烷烃，同时也要有适量的单环和双环芳香烃。

2应用色谱分析故障判断过程中的意义

第一，有利于维持变压器的正常运转。在分析变压器故障的过程中，相关技术人员需要应用变压器油色谱方法，这种方法在变压器的稳定运行发挥着十分重要的作用，有利于维持变压器的正常运转，为维护电力系统运行的稳定性提供保障。除此之外，变压器油色谱分析法的应用，使得相关技术人员更加了解变压器的实际运行状况，推动电力系统的安全运行，促进电力企业的快速发展。第二，有利于及时发现潜在的故障。相关技术人员应用色谱分析法在判断变压器故障过程中，能够及时发现变压器中存在的问题，并及时地采取相关措施予以优化，有助于电力工作人员更好地维护变压器。变压器运行的稳定性和电力系统的安全性息息相关，相关技术人员应该尽早发现其中的问题，避免出现不必要的经济损失，阻碍电力企业的进一步发展。

3基于变压器油色谱分析的诊断方法

3.1油中溶解的CO和CO2用于变压器故障分析的辅助诊断

（1）关于油中溶解的CO和CO2的概述

变压器油色谱分析中涉及的特征气体有特征气体为CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO、CO2等气体，主要采用CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2的含量及其产气速率来判断变压器是否存在故障，和变压器的故障类型。其中，CO和CO2及CO/CO2的值也可用于变压器故障分析的辅助诊断。由前文我们了解到，当变压器的故障涉及固体绝缘材料时，必然会导致CO和CO2的产生，从而它们的含量会显著增加，所以，当变压器出现故障时，我们可以通过分析CO和CO2的增加情况以及CO/CO2的值来判断变压器故障是否涉及固体绝缘材料。对于正常运行的变压器设备，可通过分析CO和CO2的增加情况以及CO/CO2的值间接判断固体绝缘材料的正常老化情况。

（2）新投运的变压器设备

对于新投运的变压器设备，油中溶解的CO和CO2的含量一般比较低，通常情况下CO的含量不高于100μL/L，CO2的含量在几百到1000μL/L之间。由于油的化学成分不同以及吸气性不同，开放式变压器的油的饱和含气量在10%-12%的范围内，因为油会与空气接触，所以油中会溶解部分来自空气的CO2，含量在300μL/L左右;若固体绝缘材料正常老化而产生的CO的增长率小于CO向空气中逸散的损失率的话，由于CO的溶解系数较小（0.12），且空气中的CO浓度通常小于2500μL/L，所以，CO在正常情况下在开放式变压器油中溶解的浓度一般不超过300μL/L（分配定律：CL=KCG）。同时，空气也可通过泄露而进入密封的变压器设备中，此时，封闭式变压器油中的CO2的含量将按照空气的比率存在。如果CO在开放式变压器的油中溶解度超过300μL/L，并且一直增长，则意味着由于固体绝缘材料老化所产生的CO，其增长速度超过了其向空气中的逸散的损失速度，表明固体绝缘材料加剧劣化，此时应该对油中的糠醛浓度进行测定，油中的糠醛浓度可以反映变压器内部固体绝缘材料的老化趋势，如果变压器油中糠醛按运行年限浓度超过注意值，则证明固体绝缘材料确实正在劣化。对糠醛进行测试时，首先要先建立糠醛基准值，由于变压器油的炼制工艺存在差异，因而有的处理后回收油或新油本身也含有一定量的糠醛，一般采用板式滤油机或者真空脱气的方法对回收油进行过滤再处理，由于糠醛本身的密度和变压器油的密度较为接近，仅略比变压器油的密度大，且比变压器油的运动黏度大，沸点为161.7℃，一般使用传统方法难以将糠醛从变压器油中滤掉，通常想要去除变压器油中的糠醛需要使用萃取或吸附法才能达到效果。因此，分析一台变压器是否出现固体绝缘材料老化的情况，不仅需要考察糠醛的数据，同时需要考察其增长情况，不能只根据一次的糠醛数据就做出判断，以免做出错误的判断。

3.2比值O2/N2用于变压器故障分析的辅助诊断

由于开放式变压器设备的储油罐会与空气有接触，或者密封式变压器设备可能存在泄漏，所以一般O2和N2都会溶解在油中。在变压器油中，考虑到O2和N2的相对溶解度，油中O2/N2的比值反映空气的组成，接近0.5。当运行中的变压器油发生氧化或者固体绝缘材料发生老化，由于O2的消耗比扩散更为迅速，因而O2/N2的比值可能会变小。这个比值可能会受到负荷和保护系统的影响。但当氧被极度消耗时，O2/N2<0.3。

3.3比值CH2/H2用于变压器故障分析的辅助诊断

在电力变压器中，低能量放电所产生的气体和有载调压操作产生的气体情况类似。如果变压器设备的主油箱和载调压油箱相通，或者储油罐之间相通，那么有载调压操作时产生的气体可能会污染主油箱的油，并导致错误判断变压器是否存在故障及故障类型。当主油箱中油中气体含量C2H2/H2>2时，可认为是有载调压导致的气体污染。可通过比较储油罐的油中溶解气体浓度和主油箱的油中溶解气体浓度来确认是否存在这种情况。有载调压的操作次数不同、产生污染的方式不同时，气体比值和乙炔浓度值不同。

4结束语

如果变压器发生故障，则不易修理，在电厂变压器的日常运行过程中，工作人员需要对变压器的油色谱变化进行积极观察和分析，从而方便对变压器的运行情况是否良好做出及时的判断。通过这样做，可以极大地方便变压器的维护，从而有效的降低了变压器的运行维护难度，避免了因变压器故障发现不及时而造成的经济损失，有利于确保变压器的安全稳定运行。

参考文献：

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[2]  石佩.变压器油色谱在线监测及故障诊断技术在邢台地区的应用[D].华北电力大学，2018.

[3]  牟雪梅，马静洁.变压器油色谱分析及故障判断[J].科技创新与应用，2016，31：186.

（作者单位：国网四平供电公司）