变压器油色谱分析的基本原理及应用

变压器油色谱分析的基本原理及应用

王海涛

（国网河南省电力公司洛阳供电公司河南洛阳471000）

摘要：当变压器内部发生过热、放电等故障时，势必导致故障附近的绝缘物分解。分解产生的气体会不断地溶解在油中的，不同性质的故障所产生的气体成分也不同，即使同一性质的故障，由于故障的程度不同，产生的气体数量也不相等。因此，对油中溶解气体的色谱分析，可以早期发现潜伏性故障的性质、程度和部位，以便及时处理故障，避免事故的发生。

关键词：变压器；油色谱分析；基本原理；应用

前言

变压器油色谱分析是目前对变压器类设备在出厂、运行和检修各阶段进行检测的一项重要手段。采用油色谱分析可及早检测出变压器在电场、负载作用下，因故障而产生的溶解在油中的特征气体。通过分析，可发现问题及时处理，避免事故扩大，保证变压器正常运行。

1变压器油色谱分析的基本原理

变压器大多采用油纸复合绝缘，当内部发生潜伏性故障时，油纸会因受热分解产生烃类气体。含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性，绝缘油随着故障点的温度升高依次裂解产生烷烃、烯烃和炔烃[1]。在正常情况下，充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在过热或电的作用下会逐渐老化和分解，产生少量的低分子烃类气体和一氧化碳及二氧化碳气体，这些气体大部分溶解于油中。当充油电气设备内部存在潜伏性过热和放电性故障时，就会加快这些气体的产生速度，随着故障的发展，分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散，并不断溶解在油中。故障气体的组成及含量与故障类型和故障严重程度关系密切。因此，在变压器、互感器等充油设备运行过程中，定期做油的色谱分析，能尽早发现设备内部的潜伏性故障，以避免设备发生故障或造成更大的损失。

2变压器油色谱分析的应用

某220kV变电站2号主变一次主C相电流互感器为某变压器厂2003年8月生产，型号为LB1-220W2，2003年12月投入运行[2]。该设备自2000年投运后，油色谱分析发现氢气一直缓慢增长。2009年9月氢气增长较快，缩短了试验周期，进行油色谱跟踪。2010年4月1日对其取油样分析时，发现油中各特征气体含量增长很快，且已远远超过《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中规定的注意值，并有乙炔气体出现，分析设备内部存在局部放电故障。由于电流互感器是少油设备，产气量大和油膨胀均会使设备内部压力增大，很可能导致电流互感器由局部放电发展成更严重的故障，因此对故障电流互感器进行了更换。经测量，故障电流互感器的介损为1．48％，与前次测定值0．28％相比，明显增大。解体检查发现，该电流互感器绝缘包绕松紧不均，绝缘纸间有褶皱，表面不光滑，造成场强分布不均匀，弯曲处发现放电碳化痕迹。说明由于设备制造质量不良导致了局部放电故障。通过这则案例说明变压器油色谱分析的重要性，以下主要结合应用案例详细阐述变压器油色谱分析的方法。

2.1故障下产气的特征

对于电力设备，如变压器，若出现内部故障，由此产生的气体性质也是存在差异的。比如氢气会因放电而出现；乙烯会因高温度而出现；乙炔则在电弧放电时出现。所以，故障性质的诊断可以参考不同气体的性质、属性，以便得到可靠的结果。

2.2故障下产气的速率

在电场与热环境下，某些可燃性气体将会在充油电力设备中不断分解，当然，其气体产生速度不会很快。某些设备即使内部气体含量与警戒值相当，但还是很难说明该设备存在问题[3]。某些设备气体含量非常低，但有明显的增长速度，所以，也不可忽视。可以说，设备故障是否存在、发展趋势、是否严重等可以参考气体产生的速度做明显、直接判断。所以，在故障诊断时，可以参考设备中气体产生速度，便能得到比较合理的故障依据。

2.3故障产气速率判断法方法

根据总烃含量、产气速率判断故障的方法。总烃的绝对值小于注意值，总烃产气速率小于注意值，则变压器正常。总烃大于注意值，但不超过注意值的3倍，总烃产气速率小于注意值，则变压器有故障，但发展缓慢，可继续运行并注意观察。总烃大于注意值，但不超过注意值的3倍，总烃产气速率为注意值的1～2倍，则变压器有故障，应缩短试验周期，密切注意故障发展；总烃大于注意值的3倍，总烃产气速率大于注意值的3倍，则设备有严重故障，发展迅速，应立即采取必要的措施，有条件时可进行吊罩检修。

2.4故障下产气的累计性

当潜伏性问题出现在充油电力设备中时，可燃性气体将会出现，且该气体将在油中溶解。在故障未得到解决前，油中会有大量气体积累，并随之达到饱和，气泡也随之产生。所以，故障的诊断可以依靠故障气体在油里的积累量做判断。分析色谱有一个数据作为参考，但仅是多次实践中总结的经验，在色谱结果分析时，是不能以“数据合理”便认为故障没有。无论最后得到的数据怎样，是应该将数据做对比的，只有这样，方可对隐患、问题及时排查。若数据出现的波动很大，那么不可忽视，采样分析频率应该增加。若色谱结果存在差异，工作人员应对此警惕，并设想是否设备内部出现了问题。并将观察结果及时与历史数据对比，在分析对比各项值后，再次采集做分析。

3变压器油色谱分析应用思考

对于色谱分析发现异常的充油设备，应在严格执行状态检修规程的基础上缩短试验周期，建立异常设备跟踪卡，重点设备重点监视。特别是高电压、大容量变压器，更应该认真对待。当变压器油色谱分析异常时，进行试验并不一定能得到明确结论，还需做其他试验进行检查分析，有的可根据在其他设备上已发生的问题，分析其是否存在结构或工艺上的共性问题，是否是家族性缺陷。在变压器油的色谱分析中，各组分气体的含量有增加趋势或超过注意值，就应计算产气速率，根据三比值或其他经验，综合分析判断变压器内部是否存在过热性故障或放电性故障，以便确定检修处理方案，消除存在的安全隐患。在对投运前的设备进行验收试验时，应使油中被检测气体的含量尽量小一些，特别是高电压、大容量的变压器，这对监视投运后的情况较为有利，当发现氢气、乙炔和总烃含量中有的值较高时，应进行及时跟踪并查明原因。油中气体分析对充油设备内部早期故障的诊断虽然灵敏，但由于这一方法在故障的诊断上有不足之处，例如对故障的准确部位无法确定；对涉及具有同一气体特征的不同故障类型（如局部放电与进水受潮）的故障不易判断。因此，在判断故障时，必须结合电气试验、油质分析以及设备运行、检修等情况进行综合分析，对故障的部位、原因、绝缘或部件的损坏程度等作出准确的判断。色谱分析是对已发生的故障进行跟踪，即使安装在线色谱分析装置，一些突发性故障也是很难捕捉到的。

总结

变压器油中气体含量色谱分析方法能有效诊断变压器故障的早期存在，具体应用中要根据故障或缺陷的不同发展阶段，采用不同的分析方法，结合设备的实际运行状况及外部电气试验数据，充分发挥油化学检测的灵敏性，正确评判设备状况或制定针对性的检修策略，提高变压器的运行可靠性。在电力技术快速进步的同时，在线设备色谱分析也是工作人员探索的重点。在线监视有助于对设备的情况随时掌握，并有效发现问题，处理问题，是电网安全、设备稳定的新的挑战，要引起重视。

参考文献

[1]高世德.变压器油色谱分析技术在预防主变潜伏性故障中的应用[J].上海电气技术,2016,(02):64-67.

[2]李鹏儒,佟金锴,赵志刚.变压器油色谱在线监测装置的实践应用与分析[J].沈阳工程学院学报(自然科学版),2015,(04):343-349.

[3]牛晓琴.应用变压器油色谱分析判断变压器故障研究[J].科技创新与应用,2013,(31):6.