基于绝缘油气相色谱法的变电站主变压器故障分析

李杨

摘 要：变电站主变压器由于受到各种复杂因素的干扰，在运行中难免出现故障或其他问题，只有科学地识别其中的故障，并采取合理的防范对策和措施才能真正地从根源上得以控制，从而提高系统的运行效率。本文重点分析了绝缘油的特点以及气相色谱法的原理，立足于实例分析了基于绝缘油的气相色谱法的变电站主变压器故障。

关键词：绝缘油;气相色谱法;变电站主变压器;故障分析

0 前言

变压器属于整个电力系统的关键部分，发挥着电压变换、电流传输等功能，也是整个电力系统输电、配电的一项重要设备。电力变压器能否高效地安全运转关系到电力系统整体的效率与经济效益，对此就必须采取科学、有效的方法来分析变压器故障来源与成因，从而为变壓器的精准维护与维修找到出路。

1 绝缘油特点

绝缘油的主体成分为：烃类物质，其中含有烷基、烯基、炔基各种化学基团，以C-C为基础各类基团得以组合。电力设施工作运转过程中如果突然出现放电时，或系统处于热故障状态下，则将导致绝缘油内部的C-C键出现断裂现象，经过多重繁琐、复杂的反应以后则将产生氢气，以及低分子烃类气体，也可能产生碳的固体颗粒以及大分子聚合物等。

2 气相色谱分析

气相色谱法主要是将气体充当流动相的色层分离分析方法，流动相把气化的样品进行统一整合，使其达到色谱柱中，色谱柱中储存的固定相与样品内不同组分分子的作用力之间有很大不同，使得各个组分自色谱柱中流出的时间也各有差异，以此来实现对各个组分的妥善分离。通过采用合适的鉴定系统、记录系统，准确地制作、标示出各个组分外流的色谱柱的具体时间与浓度的色谱图。参考色谱图中所标识的出峰时间、先后顺序等来剖析化合物的性质，以出峰的高低、面积大小等为基础来达到对化合物的定量剖析，整个过程体现出高效、选择性强、分析快速、操作流程简单等优势，在对易挥发有机化合物的定性分析、定量分析方面有着独特的优势。现实操作中若实验对象为非挥发性液体、固体等，也能辅助使用高温裂解工艺，对其实施气化处理以后再实施剖析。同时，也应适合联合运用气相色谱与红光吸收光谱法，把色谱法作为分离组分负载试样的方法，以此来确保分离的质量与准确度，实际的判断与执行流程为：

第一，色谱法。利用此方法检测出的油样和游离气体中不同组分有自己的浓度值。

第二，借助不同组分的分配系数把游离气体中不同组分的浓度进行换算，使之成为平衡模式下的油内被溶解的气体的理论数值，具体的换算公式为：

Cil=KiCig

第三，通过对比以上各个公式中所计算得到的i组分于油样中浓度的理论化测算值，如果双方大致数值类似，则能断定存在下面的两大问题：第一，特征气体中不同组分的浓度相对较低，这意味着变压器的各项装置、设施等都处于常规的工作模式，在这种情况下则要求技术层面人员探索分析非故障气体的来源，而且要分析电气报警的成因。第二，个别特征气体的组分浓度很高，油样中所溶解的气体浓度的现实数值超出了理论数值，意味着变压器的各项设备中出现了缓慢产气的故障与危机，当发现理论值超出现实的数值，说明能放出多种气体，变压器内则存在高效生成气体的问题。

3 故障实例

3.1 异常现象

某变电站的主变选择下面的型号：SFZ-75000/110型，75000kV/A型，而且经历了大修，在最近两年的试运行中看到主变油溶解气体中的氢气、一氧化碳、二氧化碳等的含量达到了很高的浓度，明显超出了当前规范中所规定的特征气体的注意值，参照上面的事实，则需要相关人员积极地做好巡视、检查，而且也要增设红外测温仪器，控制主变绝缘油色谱监测周期与各个设备的工作状态、运转状况，后期的长期监测中发现其中的烃类、氢气、一氧化碳、二氧化碳等含量也在持续上升。

3.2 问题分析

通过对故障问题的数据统计能看到，二氧化碳、甲烷、乙烷是主变油样中的主成分，剩下的成分则主要为：一氧化碳、氢气，和油与纸过热模式下的独特气体差不多一致，经综合判断分析出故障来自于固体绝缘情况不合格。

3.3 故障的处理

在专业人员反复的论证下，最终要把此设备进行返厂校验处理，以吊罩的方式来逐步检测变压器在高压侧、低压侧等的直流电阻，进而明确变压器整体的工作状态、运行模式，对变压器顶部检查时发现铁芯接地联片中间部位发生了略微凹陷，同铁芯牢固贴为一体，联片的周边则为绝缘纸紧密包裹，而且其中的部分绝缘纸出现烤焦现象，甚至脱落，接地联片烧掉了三分之二。根据当前的技术规范，需要铁芯接地所引出的联片只有在某个位置同铁芯构建起连接关系，由于主变设备所提供的联片较长，紧贴于铁芯副级表面，即使外围整体上被绝缘层所包住，在现场被安装后，因为经历了反复地重装，能受到多次地牵扯、拖拽，这些都可能损伤绝缘层。变压器常规工作模式下，铁芯自身也将产生某种震动，使得铁芯表面犀利的尖角逐渐地对绝缘层造成损害，从而造成铁芯接地引出联片和铁芯各级两点连接。铁芯的主级、副级双方构筑成一个电势差，从而导致铁芯接地联片与铁芯不同层级间形成了循环电流，彼此间的摩擦所打造出的焦耳热加快了绝缘层的碳化，直至接地联片构件烧毁受损，接地联片发热导致绝缘油发生氧化、离析，形成了大于规范数值量的特殊气体，如果此时故障得不到遏制，铁芯联片构件则可能断裂，最终导致忒心无法形成常规的接地点，影响电网的安全、平稳运行，根据上面的现象最理想的方式就是及时地更新铁芯接地联片，而且要实施真空滤油处理。

4 效果观察

经过维修整顿后，主变开始再次投运，相关人员也切实遵守规范和规程要求来组织试验，通过气相色谱仪来检测、剖析主变绝缘油中的成分，特别是其中的气体组分，最终得到了所需的数据，最终的结果表明，经过对主变的检查、测试，维修以后，油体内的各种气体，例如：一氧化碳、二氧化碳与氢气等都出现了持续上升的趋势，特别是总烃的含量一路攀升，达到故障处理之前的百分之十时，则逐渐走向平稳，再随之逐渐地下滑，上面的数据所体现出的变化趋势达到了设备特征气体缓释规律，从中能初步判定设备的故障已经被解除，主变装置开始走向正常良好运行状态。

5 结语

经过试验证明，通过正确地操作、使用绝缘油气相色谱分析法可以第一时间高效、及时地诊断出变压器设备是否过热、是否有高温问题，并对应地采取相关的对策和措施，则可以最大程度地控制故障发展与蔓延，从而有效地避免了变压器因为铁芯难以接地所导致的烧毁问题。变压器因为属于整个电力系统内的关键设备，任何的突发性故障都将导致整个电力系统的运行受影响，甚至可能因为故障而停运，对设备本身的运行周期也带来一定的影响，将无形中增加维修的成本，威胁到电力系统的健康、平稳运行，这就需要电力部门要缩短维修时间，形成针对性的维修方式，从而最大程度地控制供电损失。

参考文献：

[1]吴烈钧编著.气相色谱检测方法[M].化学工业出版社，2005.

[2]保定天威保变电气股份有限公司编著.变压器试验技术[M].机械工业出版社，2000.

[3]徐康健，孟玉婵编著.变压器油中溶解气体的色谱分析实用技术.中国质检出版社，中国标准出版社，2011.

[4]钱旭耀编著.变压器油及相关故障诊断处理技术.中国电力出版社，2006.

[5]郭跃东，郭丽华，郭小娴.主变压器本体绝缘油耐压降低的原因分析及处理[J].电世界，2020，61（05）：34-35.