变压器油色谱在线检测与故障诊断研究

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变压器油的色谱分析技术主要建立在油中所含溶解气体类别及其与变压器内部存在故障之间的对应联系所使用的故障诊断方法，通过运用气相色谱分析仪器，能够对油中所包含的气体进行分析和研究，并依照气体含量和组成成分对变压器是否存在异常情况加以判断，从而对其所存在的故障类型、发生部位、发展趋势以及严重程度进行及时诊断。

一、色谱法

色谱法(Chromatography)又叫层析法、色层法，它是一种分离技术。利用试样中各组份在色谱柱中的两相间的分配系数不同，色谱柱的两相：流动相、固定相；色谱柱中一相是不动的，叫作固定相，主要由各种色谱担体、固定液或各类吸附剂等颗粒状物质组成;另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫作流动相。当气态的试样被载气带入色谱柱中运行时，这种利用在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。

二、油色谱在线监测装置原理和结构

（一）油色谱在线监测装置的原理

油色谱在线监测系统的两个关键技术是油气分离和气体含量检测。油色谱在线监测通过脱气法将绝缘油中溶解的特征气体分离出来，经过色谱柱后，分离出各个单组分气体，再进入到气敏检测单元。检测单元的作用是将被色谱柱分离的组分按其物理、化学性质转化为易测量的电信号，目前最常用的是氢火焰离子化检测器和热导池检测器两种。传感器输出代表各组分气体浓度的电信号，经A/D 转换后输入终端计算机，终端计算机将数据传送至主控计算机，并显示在上位机软件上。

（二）油色谱在线监测装置结构

一是油气分离模块。油气分离模块是将油中溶解的气体通过化学物理方法从油溶剂中分离出来，而不完全分离将直接导致后续组分分离和检测结果不准确。目前，油气分离方法主要是：顶空法、真空法、薄膜渗透法等。二是数据处理及状态诊断模块。数据处理及状态诊断模块是由后台数据采集处理、后台数据传输和状态诊断所组成。利用各组分浓度、各组分产气速率和各组分物质的量比值，结合三比值法及特征气体法等方法对被监测设备进行状态诊断。

三、变压器油色谱分析在故障诊断中的应用

（一）产气特征

一旦变压器内部发生故障问题，则变压器在运行过程中所释放的气体性质就会发生相应的改变，因此技术人员能够依据气体性质及属性对变压器存在的故障进行有效的辨别。例如，在出现放电故障时，变压器油中会含有氢气，占比高于总量的90%；在高温故障时会释放甲烷及乙烯，在总烃含量占比中高于80%。因此针对变压器运行时所释放的不同气体特征能够对故障类型进行具体判断。

（二）根据产气速率进行故障判断的方法

第一，在对变压器有无故障存在进行判断的过程中，依据色谱分析最终所得出的变压器后内部总烃绝对值和产气速率是否高于注意值进行故障诊断，以此判断变压器的实际运行状态。其中，注意值指的是变压器正常运行状态下，变压器油内部所含的各种气体类型及所占比例、产气速率等数据值。

第二，当总烃绝对值高于注意值，却低于此数值的3 倍，且总烃气体的释放速率低于注意值时，则变压器内部存在故障。考虑到此类故障蔓延趋势较为缓慢，因此可采取继续运行持续观察的方法进行下一步检修作业。

第三，若总烃高于注意值，却低于注意值的3 倍，且总烃气体的释放速率维持在注意值1～2 倍的区间范围内时，则变压器内部存有故障，此时需缩短试运行周期，并对故障的发展趋势加以密切关注。

第四，若总烃绝对值高于注意值的3 倍，且总烃气体的释放速率也同样高于注意值的3 倍时，则变压器存在严重的内部问题，并且发展迅速，此时需要即刻采取相应的修复措施。

（三）三比值法分析判断方法

所谓IEC 三比值法实际上是罗杰斯比值法的一种改进方法。通过计算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6 的值，将选用的5 种特征气体构成三对比值，对应不同的编码，分别对应经统计得出的不同故障类型。应用三比值法应当注意的问题：

首先，对于油中各种气体含量正常的变压器，其比值没有意义；

其次，只有油中气体各成分含量足够高(通常超过注意值)，气体成分浓度不小于分析方法灵敏度极限值的10 倍，且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能用三比值法分析其故障性质。如果不论变压器是否存在故障，一律使用三比值法，就可能造成误判。

结束语：

总之，变压器油色谱在线检测能够对变压器进行有效的故障诊断，由于操作简便，检测结果直观，应在电力系统故障检测领域广泛应用，进一步提高电力系统的安全性和稳定性。