电力变压器油中溶解气体的分析及故障判断

［摘 要］电力变压器是电力系统中的重要设备，其运行状况直接影响着电力系统的安全和稳定。变压器油中溶解气体分析是电力变压器状态监测的重要手段之一。通过分析变压器油中溶解气体的类型、含量和变化趋势，可以判断变压器的内部故障类型和严重程度，为变压器的检修和维护提供依据。文章介绍了变压器油中溶解气体分析的方法、常见故障的特征气体及来源，以期为相关人员提供参考。

［关键词］变压器油；溶解气体；故障诊断；状态监测

［中图分类号］TM407 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）09–0085–03

1 变压器油中溶解气体分析概述

变压器油中溶解气体分析（DGA）通过分析变压器油中溶解气体的类型和含量，来判断变压器内部是否存在故障及故障的类型和严重程度。DGA 具有灵敏度高、可靠性好、应用范围广等优点。DGA 能够在故障初期就检测到故障的发生，为变压器的检修维护提供早期预警。DGA 的技术较成熟，结果可信度高，是目前电力变压器状态监测中最常用的方法之一，可以适用于各种类型的电力变压器，不受变压器容量、电压等级和结构形式的限制。

2 变压器常见故障分类

2.1 绕组故障

绕组故障主要包括3 种：①匝间短路。由于绝缘损坏导致相邻匝间发生短路，会产生局部过热、烧伤绕组甚至引发火灾。②层间短路。由于绝缘损坏导致不同层之间的绕组发生短路，会产生局部过热、烧伤绕组。③接地故障。由于绕组绝缘损坏导致绕组与机壳或接地部分发生短路，会产生接地电流，危及人身安全和设备。

2.2 铁心故障

铁心故障主要包括两种：①铁心叠片松动。主要由于紧固件松动、制造工艺不良等原因，导致铁心叠片发生松动，会产生振动噪声，增加损耗。②绝缘损坏。由于过热、潮湿等原因，导致铁心绝缘损坏，会引起局部放电，甚至击穿铁心。

2.3 分接开关故障

分接开关故障主要包括两种：①触头烧损。由于过载、接触不良等原因，导致分接开关触头烧损，会增加接触电阻，产生局部过热。②接触不良。由于制造工艺不良、长期运行磨损等原因，导致分接开关接触不良，会产生打火现象，增加损耗。

2.4 套管故障

（1）套管表面脏污吸收水分后，使绝缘电阻降低，这种情况下容易发生闪络，造成跳闸。同时，闪络会损坏套管表面。脏污吸收水分后，导电性提高，不仅引起表面闪络，还可能因泄漏电流增加，使绝缘套管发热并造成瓷质损坏，甚至击穿。

（2）套管胶垫密封失效，油纸电容式套管顶部密封不良，可能导致进水使绝缘击穿，下部密封不良使套管渗油，导致油面下降。套管密封失效的原因主要有两个方面：①由于检修人员经验不足，螺栓紧固力不够；②由于超周期运行或胶垫存在质量问题、胶垫老化等。

（3）套管本身结构不合理，且存在缺陷。

（4）在套管大修中，抽真空不彻底，使屏间残存空气，运行后在高电场作用下，发生局部放电，甚至导致绝缘层击穿，造成事故。

2.5 绝缘油故障

氧化是绝缘油故障的主要原因，绝缘油在空气中与氧气发生氧化反应，生成酸性物质，腐蚀变压器内部部件，降低绝缘强度。劣化是绝缘油在长期运行过程中，会发生热分解、聚合等反应，生成劣化产物，降低绝缘性能。

变压器故障的类型较多，每种故障都会对变压器的安全运行造成不同程度的威胁。因此，必须加强对变压器的状态监测，及时发现和诊断故障，采取有效的措施进行处理，以确保变压器的安全运行。

3 变压器油中溶解气体的来源

3.1 正常情况下

在正常情况下，变压器油中溶解气体主要来自以下两个方面：①变压器油的氧化分解。变压器油在运行过程中，会与空气中的氧气发生氧化反应，生成CO、CO2、H2O 等气体。这些气体的含量一般较低，但会随着运行时间的延长而逐渐增加。氧化分解的速率主要取决于油的质量、运行温度和负载水平等因素。②空气中的渗入。变压器油箱与外界空气之间存在一定的间隙，空气中的氧气和水分会通过这些间隙渗入变压器油中。渗入速率主要取决于油箱的密封性、环境温度和湿度等因素。

3.2 故障情况下

当变压器内部发生故障时，会产生大量的特征气体。不同类型的故障会产生不同的特征气体。例如，绕组故障会产生H2、CH4、C2H2、C2H4 等气体，这是由于电弧或火花放电分解了绝缘油和绕组材料所致。铁心故障会产生CO、CO2 等气体，这是由于铁心过热导致绝缘材料分解所致。分接开关故障会产生H2、C2H2、C2H4 等气体，这是由于分接开关触头局部放电或火花放电所致。套管故障会产生CO、CO2 等气体，这是由于套管绝缘击穿所致。绝缘油故障会产生CO、CO2、H2O 等气体，这是由于绝缘油氧化老化或受热分解所致。

通过分析变压器油中溶解气体的种类和含量，可以对变压器内部的故障进行初步判断。例如，若油中H2、CH4、C2H2、C2H4 等气体的含量超标，可能存在绕组故障；若油中CO、CO2 等气体的含量超标，则可能存在铁心故障或套管故障；若油中CO、CO2、H2O 等气体的含量超标，则可能存在绝缘油故障。为了更准确地判断故障类型和严重程度，通常需要结合变压器的运行状况、历史数据等进行综合分析。此外，还需要定期进行DGA，并建立趋势曲线，以便及时发现潜在故障。

4 溶解气体分析方法

4.1 绝对产气速率法

绝对产气速率法通过测量单位时间内变压器油中溶解气体的产气量来判断故障的类型和严重程度。该方法的优点是精度高，但需要对变压器油进行连续监测，较烦琐。

4.2 相对产气速率法

相对产气速率法将某一种气体作为参考气体，通过计算其他气体与参考气体的产气速率比值来判断故障的类型和严重程度。该方法的优点是操作简单，但精度较低。常用的参考气体包括H2、CH4 和C2H4等。

4.3 三比值法

三比值法利用H2/CH4、C2H2/C2H4 和CO/CO23 个比值来判断故障的类型。该方法是目前应用最广泛的一种DGA 方法，具有操作简单、精度高、适用范围广等优点。

4.4 其他方法

油中糠醛含量检测分析法通过检测油中糠醛的含量来判断变压器是否过热。瓦斯继电器内特征气体判断法利用瓦斯继电器内继电器动作指示灯发出的报警信号来判断故障类型。在实际应用中，应根据变压器的具体情况选择合适的DGA 方法。例如，对于运行时间较长的变压器，可以使用绝对产气速率法或三比值法来进行更准确的判断；对于运行时间较短的变压器，可以使用相对产气速率法或CO2/CO 值判断法等简单的方法进行初步判断。通过选择合适的方法进行DGA，可以及时发现变压器内部的故障，为变压器的检修维护提供重要依据。

5 典型故障特征气体分析

典型故障特征气体见表1。

H2 是绕组故障的最典型特征气体，其含量明显升高是绕组故障的强力证据。CH4、C2H2和C2H4产生的原因主要是电弧或火花放电分解了绝缘油中的烃类化合物。当H2 含量明显升高，且CH4、C2H2 和C2H4含量轻微升高时，可以基本判定为绕组故障。部分情况下，其他故障（如分接开关故障）也可能导致H2含量升高，因此需结合其他气体的含量和变压器的运行状况进行综合判断。

CO 是铁心故障的最典型特征气体，其含量明显升高是铁心故障的强力证据。当CO 含量明显升高，且CO2 含量轻微升高时，可以基本判定为铁心故障。但绝缘油故障也可能导致CO 含量升高，因此需结合其他气体的含量和变压器的运行状况进行综合判断。

H2 也是分接开关故障的典型特征气体，其含量轻微升高是分接开关故障的强力证据。当H2 含量轻微升高，且C2H2 和C2H4 含量也轻微升高时，可以初步判断为分接开关故障。

CO 是套管故障的典型特征气体，但仅凭CO 和CO2 含量轻微升高，无法断定为套管故障，需要结合变压器的运行状况、历史数据和其他气体的含量进行综合分析。若怀疑套管故障，可以进行套管局部放电测试等进一步的诊断。

CO 和CO2 的含量轻微升高，可能是绝缘油故障的迹象。而H2O 含量明显升高是绝缘油受潮或过热的强力证据。当CO 和CO2 含量轻微升高，且H2O含量明显升高时，可以基本判定为绝缘油故障。需要注意的是，铁心故障也可能导致CO 和CO2 含量升高，因此需结合其他气体的含量和变压器的运行状况进行综合判断。

6 结束语

DGA 是电力变压器状态监测的重要工具，对于保障电力变压器的安全运行具有重要意义。在实际应用中，采样方法和分析方法要符合标准，要结合变压器的运行状况、历史数据等进行综合分析，定期进行DGA，并建立趋势曲线。通过正确应用DGA，可以有效地提高电力变压器的安全运行水平，降低事故发生概率。

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