关于油气分析电力变压器故障诊断的研究

王舒

摘  要：电力变压器在长期使用运行过程中，固体绝缘材料和变压器油处于电场、热和氧、湿度、温度等环境，受次影响，不断老化，能够分解出少量的H2、CH4、CO和CO2等气体，慢慢溶解于变压器油中，致使混合气体密度不断增加，根据变压器油中的气体含量及变化速度能够及早发现绝缘材料及变压器油的老化程度，进而实现对变压器发生故障的预判诊断，有效地防止事故发生。本文就油气分析电力变压器故障诊断的方法措施进行研究。

关键词：电力变压器;油中气体分析;故障诊断

电力传输系统主要的设备就是油气变压器，电网的安全平稳和可靠的运行，跟油气变压器的工作质量状况息息相关，油气变压器正常健康运行、运转，才能够保障发电厂生产的电能通过输变电网，顺利到达电力客户端，对经济发展和人民生活提供綠色能源和动力。通过变压器油中积累残留的H2、C2H2、C2H4、CH3、CO和CO2等气体成分的含量密度变化的分析，结合相关经验，能够判断出绝缘部件、变压器等的老化变化现状，进而实现对油气变压器预期故障的有效诊断，有利于电力设备有准备地进行养护维护，确保电力能源供应正常顺利。

1油气分析电力变压器故障诊断的工作原理

当前，输变电网中普遍采用的变压器为油浸式变压器，这来变压器的主要绝缘材料就是油，同时，油也是变压器运行工作状态下，控制温度，确保变压器安全运行的主要保障措施。油气分析电力变压器故障诊断的工作原理就是通过对变压器油中混合气体含量分析诊断变压器部件老化故障的具体表现。

1.1油浸式变压器的组成结构

目前，在城乡居民生活、轨道交通以及工矿企业的输变电网改造中，应用的组合式变压器、预装式变电站使用的变压器中。广泛应用的变压器就是油浸式变压器，主要有12种部件组成，即：（1）铁芯;（2）绕组;（3）油箱;（4）油枕;（5）呼吸器;（6）防爆管;（7）散热器;（8）绝缘套管;（9）分接开关;（10）气体继电器;（11）温度计;（12）净油器等。其中，油箱是变压器的外壳，也是变压器油的容器。一般用厚度为10㎜左右的钢板焊制而成。油箱分为平顶式、拱顶式两种结构。中小型变压器的装配制造多使用平顶式油箱。大型变压器的装配制造多用拱顶式油箱。油箱一般做成椭圆形，内壁焊接槽钢、工字钢材料的水平腰箍或者垂直加强带，以增加机械强度，减少油量。小容量变压器在油箱上配装散热器。大容量变压器设置安装散热器的法兰，另装加载潜油泵和风扇的散热器。

1.2变压器油的作用

变压器油是设备需要的主要绝缘物质，硅钢片层间长期浸入变压器油，渗入其中，油的弹性缓冲，使变压器噪声小。变压器过负荷信号动作的温度控制是靠油对温度的调节来实现的，一般有油浸自冷式控温、油浸风冷式控温和强迫循环式控温3种方式，自冷式控制调节温度就是靠油的对流带散发热量。风冷式控制调节温度基于自冷式加风扇对油箱、油管吹风散热。强迫油循环式温度调节控制用油泵把变压器热油抽出外冷却循环降温。油浸变压器应在规定的冷却环境中才能安全运行，顶层油温≤90℃，一般报警设在80℃，监测温度不宜长期≥85℃，主要防止变压器绝缘老化较快。因此，加装综侧仪，要每月下载数据，对过负荷趋势进行分析，有必要更要缩短数据下载周期，测算分析过负荷期间变压器油的温度，诊断故障隐患，检查过负荷原因，确保设备安全生产。

2油气分析电力变压器故障诊断的工作原理

变压器油箱内以油为主的绝缘介质材料在长期运行中，尤其是过负荷状态下运行，绝缘材料受电场、温度、湿度等环境条件的作用，发生老化（化学变化），就会产生H2、C2H2、CH5、C2H4、CH3、CO和CO2等气体，溶解在油内，不同绝缘介质发生化学反应的速率程度，产生的气体品种在混合气体总数的占比是不同的，因而，在对油浸变压器设备进行故障诊断时，运用C2H2与C2H4的比值，CH5与H2的比值，C2H4与C2H6比值，三种比值的大小，分析判断变压器的故障隐患发生的趋势。综测仪能够监测到油内的各种气体成分的变化数据信息，计算机数据处理器，按照相关的技术规程，分析数据，实现对变压器故障发生趋势或者隐患存在的检测诊断。由于油内积存的CO和CO2气体都是高温状态下变压器油的产物，跟其他绝缘部件材料没有直接关系，检测软件直接根据C2H2/C2H4、CH5/H2、C2H4/C2H6三个比值进行故障诊断分析。

3油气分析电力变压器故障诊断的探究

一般的发电厂变电站、城乡、工矿企业的供电线网中，均使用油浸变压器作为电力传输的主要设备，其工作状态下，发生故障有两种形式，一种是外部故障，表现为部件的破损、变形或者腐蚀引发的短路、高温，或者雷害的作用造成供电中断;另一种就是内部故障，也就是变压器油箱内部的部件发生短路，导致变压器烧毁或者爆炸，发生事故;油箱内部部件的短路就是固体绝缘物质发生了化学反应，物质结构有了改变，失去了绝缘功能，导致部件短路。要对变压器内部部件故障进行有效的诊断分析，分别采用以下措施：

① 用色谱检测仪检测分析变压器油中溶解的H2、C2H2、CH5、C2H4、CH3、CO和CO2等气体含量，得出准确数值。

② 利用改良三比值技术分析C2H2/C2H4、CH5/H2、C2H4/C2H6，的结果，进行故障的判断和排除。

③ 经过分析、判断，对故障隐患的存在，机故障发生的趋势，进行预测，及时改进维护措施，确保变压器安全运行。

结束语：

综上所述，油气分析电力变压器故障诊断的技术在信息技术的支持下，应用了软件分析和大数据、云计算技术，实现了质的飞跃，所以我们需要不断探讨研究，与时俱进，实现对变压器发生故障的预判诊断。

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