浅谈变压器油色谱分析及故障诊断

曹阳

【关键词】变压器;油色谱;分析;故障诊断

一.引言

在变压器的故障诊断中，油色谱分析是一种基于故障与油中所含溶解气体之间的相关性的诊断方法。需要特殊的气相色谱分析仪来合成油中所含的溶解气体。根据准确的分析以及气体的含量和成分，它可以诊断变压器的故障状况，获得针对故障的特定位置、类型和影响程度的诊断结果，并为处理和预防故障提供详细的科学依据。

二.变压器油的化学成分

变压器油是通过蒸馏和精炼石油而获得的混合矿物油，它包含各种碳氢化合物，主要是碳和氢，总含量可占95%以上，以及其他氦，硫，氧等。其他金属元素通常被称为绝缘油。由碳和氢两种元素形成的有机化合物在有机化學中称为烃，形成各种类型的烃，包括烷烃，芳烃，环烷烃，不饱和烃等。

（一）烷烃

尽管烷烃具有很强的电厂性能，但是就抗氧化性而言它们的性能较差，产气方面在所有烃类中最差，因此在强电场中很可能会发生脱氢反应。

（二）环烷烃

环烷烃在电气性能，化学稳定性，热稳定性。润滑性等方面具有很大的优势，并且产生的热量高和凝固点低，被广泛用于变压器油中。

（三）芳香烃

芳族烃可分为单环芳族烃，双环芳族烃和多环芳族烃，其中单环芳族烃在电气性能上具有更多优点，而双环芳族烃在抗氧化性方面具有更多优点。其抗氧化性能导致氧化后沉淀，油色逐渐加深，介电损耗高于单环和双环芳烃，并且吸氢能力也比单环和双环芳烃差。

（四）不饱和烃

不饱和烃主要通过石油加工获得，并且由于石油本身不具有不饱和烃成分，因此在化学稳定性方面其性能较差。

（五）非烃类化合物

除了石油中碳和氢元素的比例很高以外，其他元素化合物也可以发挥特定作用。例如，乳制品的氧化是由含氮化合物引起的，并且颜色会因为沉淀而逐渐加深。耐乳酸性的提高还具有促进硫化合物产生的作用，但是当其超过0.25%时，对硫化合物的含量具有更严格的标准，会导致过高的油腐蚀性。

三.变压器油色谱分析在故障诊断中的意义

首先，在变压器油色谱分析过程中，分析人员可以学习变压器油色谱分析技能，更准确地诊断与缺陷相关的状况，从而提高故障排除效率和缺陷质量。根据变压器油色谱分析的原理，可以深入了解变压器的工作状态，确保变压器处于正常工作状态，并保证变压器的良好运行。最后，基于对变压器油色谱分析运行条件的了解，可以评估异常情况，提前发现可能的故障，并在故障影响和损失之前进行相应的处理和预防。在问题发生之前加以预防，减少故障的发生率，并减少由于故障引起的其他损失。因此，有必要加强对变压器油色谱分析的重视，并将其充分应用于实际的故障诊断工作。

四.变压器油色谱分析与故障诊断分类

变压器的长期运行会在老化或分解的影响下产生其他气体，存在诸如局部过热和放电故障等隐患。对故障诊断的分析研究表明，绝缘子分解产生的气体也存在于不同的故障条件下，通过气体差异可以诊断出更大的差异、缺陷的性质和严重程度。变压器的主要内部故障包括热故障，电气故障和阻尼故障，常见的诊断方法如下：

（一）热扰动

热应力会加速绝缘材料的老化并导致缺陷。如果变压器油中的H2+C1+C2含量超过27%，则表明变压器低温过热。当变压器油中的氢在总氢烃中所占的比例低时，为27%，则变压器指示高温过热。当变压器油中的C2H4和CH4超过总烃含量的80%时，变压器表明高温过热，超过700℃。在严重过热的情况下，除了H2，OH4，02H4和02H6外，C2H2还不到总烃含量的6%。

（二）电气故障

绝缘材料在变压器放电的作用下继续分解气体。通常，取决于放电水平，存在三种类型的缺陷。如果变压器油中的气体包含大量的02H2、H，和大量的CH4、02H4，则可以按电弧放电的方式进行诊断;如果变压器油中的气体含有大量的C2H2、H2和大量的OH4、C2H6，则可以诊断为火花放电。当变压器油中的气体占总氢的90%以上且占烃的90%以上，放电能量密度增加的区域中C2H2小于2%时，可以诊断出局部放电。

（三）水合作用障碍当变压器受湿度影响时，会产生大量H2，但是由于阻尼故障和局部放电故障的气体性能相似，因此需要基于外部检查等措施进行全面诊断，以提高诊断的准确性。

五.变压器油色谱分析的具体诊断方法

（一）如何诊断油中溶解的CO和CO2

随着变压器的新运行，溶解在油中的CO和C02含量较低。通过科学的检测和计算方法，可以获得小于100uL/L的CO含量数据和数百至1000uL/L的C02含量数据。就化学成分和透气性而言，开放式变压器油中饱和空气含量的范围为10%-20%。长时间与空气和油接触时，空气中的C02溶解在油中，通常为300uL/L。空气释放到大气中的CO含量与老化导致的固体绝缘的CO含量相结合时的分布规律要高于固体绝缘产生的CO含量，根据CL=KCG的科学公式进行分析，溶解度系数为0.12。空气中的CO浓度通常不超过2500uL/L，即开放式变压器油中溶解的CO浓度小于300uL/L。在封闭式变压器设备中，由于泄漏而导致空气渗入，从而导致空气与封闭式变压器油中的c02含量之比相似。换句话说，固体绝缘材料的老化程度更严重，因此必须以油为目标，专门检查糠醛中所含糠醛的浓度，重新确认固体绝缘材料的老化趋势，当糠醛浓度超过营业年度的浓度警告值时，可以判断固体绝缘材料的老化。

（二）02/N2比值的诊断方法

在开放式变压器中，空气与储罐之间存在长期接触的问题，而在封闭式变压器中，也存在一定泄漏的可能性，因此会有02和N2溶解在变压器油中。考虑到02和N2在变压器油中的溶解度，空气成分可以以02/N2的比率反映出来，通常为0.5。当固体绝缘材料在变压器油中被氧化或老化时，02的消耗率将增加并且扩散率将更高，从而降低02/N2的比率。但是，实际比率变化受制于法规遵从和保护系统，特别是当氧气被过度消耗时，02/N2比可以达到0.3或更小。

（三）C2H2/H2比值的诊断方法

通常，由变压器的低能量放电产生的气体类似于在负载下通过电压调节操作产生的气体。如果将变压器的负载电压调节信箱或储油罐连接到主储油罐。则主储油罐中可能会出现油污，从而导致对变压器故障诊断的误判。通过检测主燃油箱中气体的C2H2/H2比，可以阐明当该比值大于2时，由于负载下的压力调节而导致的气体污染问题。并且随着负载下调压次数的增加和污染方式的变化，乙炔浓度值也有相应的变化，需要进行一定的计算。

六.结论

变压器故障对整个电力系统的影响更大，必须准确地诊断故障以加强对变压器故障的处理和预防。变压器油色谱分析可以根据科学原理和技术操作，基于变压器油的色谱条件，快速、准确地诊断故障，从而可以更科学地指导变压器的维护和修理，从而保障变压器性能的良好。同时还要保证有效地进行操作，保持电源系统正常工作。