秦悅涵

【摘 要】變壓器作為電力系統(tǒng)最主要的供電設備，其可靠運行程度直接關系到電力系統(tǒng)電網(wǎng)的安全運行。油中溶解氣體氣相色譜分析是變壓器內(nèi)部故障的重要檢測手段。氣相色譜技術(shù)是近年來興起的一項新技術(shù)，能夠?qū)\行中的變壓器進行實時監(jiān)測，通過采集變壓器箱體內(nèi)的少量油樣，分析油中氣體的組分及其含量，就可以判斷變壓器是否存在故障、故障的性質(zhì)以及故障的大致部位。

【關鍵詞】變壓器故障；色譜分析；在線監(jiān)測；絕緣油

1.研究背景

電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)中最重要和最昂貴的設備之列，而且也是導致電力系統(tǒng)事故最多的設備之一。因此，國內(nèi)外相繼都在研究以在線監(jiān)測為基礎的預知性維護策略，以便實時或定時在線監(jiān)測與診斷潛伏性故障或缺陷。變壓器在發(fā)生突發(fā)性事故之前，絕緣的劣化及潛伏性故障在運行電壓下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學變化等一系列效應及信息。

2.油色譜分析法的優(yōu)勢

油色譜分析法的最大優(yōu)勢就是預測故障和檢測故障均不要求變壓器停電，只將變壓器油取回到實驗中用色譜儀進行分析，不僅不受現(xiàn)場復雜電磁場的干擾，而且可以發(fā)現(xiàn)油設備中局部性過熱等缺陷，即可進行分析和檢測變壓器內(nèi)部是否存在故障及故障的性質(zhì)、嚴重程度等。因此，維護、運行部門普遍認為用色譜法分析變壓器故障是一種重要的有實際意義的方法，從預防性檢修制形成以來，得到了廣泛的應用。

3.變壓器故障的類型及判斷原理

變壓器絕緣材料主要是絕緣油和絕緣紙，變壓器在故障下產(chǎn)生的氣體主要是來源于油和紙的熱裂分解，氣相色譜分析就是根據(jù)故障時產(chǎn)生的氣體在絕緣油中含量的多少，判斷其故障類型。

3.1過熱性故障

3.1.1裸金屬過熱

如果設備內(nèi)的熱量只引起絕緣油的分解時，一般稱為裸金屬過熱。它包括分接開關接觸不良、引線和分接開關的連接處焊接不牢，鐵心多點接地或局部短路等。油中氣體的特征是烴類相應增多，其中甲烷和乙烯是特征氣體，二者之和一般為總烴的80%以上，當故障點的溫度較低時，甲烷所占比例大；隨著溫度升高，乙烯比例有所增加。此外，氫氣也急劇增高，但沒有烴類氣體增長速度快。當嚴重過熱時也會產(chǎn)生少量乙炔氣體，但不超過總烴的 6%。

3.1.2固體絕緣過熱

當較高溫度的過熱涉及固體絕緣材料時，除產(chǎn)生較多的低分子烴類氣體外，還產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。

3.1.3低溫度過熱

變壓器長期過負荷或其他原因使繞組的固體絕緣長期承受低溫度的大面積過熱，在該溫度下，油不甚分解，而只出現(xiàn)由于長時間低溫度過熱加速絕緣紙的碳化而產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，其中一氧化碳反映故障涉及固體絕緣的特性強些。

3.2放電性故障

3.2.1高能量放電（電弧放電）

是指線圈匝間、層間絕緣擊穿，過電壓引起內(nèi)部閃絡，引線斷裂引起的閃絡，分接開關飛弧和電容屏擊穿等引起電弧放電故障。這類故障產(chǎn)氣急劇，產(chǎn)氣量大。其故障特征氣體主要是乙炔（占總烴20%-70%）和氫氣，其次是乙烯和甲烷。由于故障能量較大，所以總烴很高。如果涉及固體絕緣一氧化碳也相對較高。

3.2.2低能量放電（火花放電）

這是一種間歇性的放電故障。如鐵芯片之間、鐵芯接地不良、鐵芯與穿芯螺絲接觸不良等造成的電位懸浮放電。其主要氣體成份也是乙炔和氫氣，其次是乙烯和甲烷氣體。但由于故障能量較小，一般總烴不太高。

3.2.3局部放電故障

常發(fā)生在油浸紙絕緣中的氣體空穴內(nèi)或懸浮帶電體的空間內(nèi)，該類放電產(chǎn)生的特征氣體是氫氣，其次是甲烷，當放電能量密度高時，也會產(chǎn)生少量的乙炔氣體）一般不超過 2%。無論是哪一種放電，只要有固體絕緣介入時，都會產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳氣體。

3.3受潮

變壓器內(nèi)部進水受潮時，除油中水分和固體絕緣中存在氣隙而發(fā)生局部放電，從而產(chǎn)生氫氣外，還因水分在電場作用下的電解作用和水與鐵的化學反應，也均可產(chǎn)生大量的氫氣。因此，變壓器內(nèi)部進水時氫氣的含量較高。

3.4內(nèi)部故障

在判定變壓器內(nèi)有無故障時，首先將氣體分析結(jié)果中的幾項主要指標 （氫氣、乙炔、烴） 與《變壓器油中溶解氣體分析與判斷導則》推薦的注意值進行比較。當油中氣體含量任一項超過注意值時，都應引起注意。但是《導則》所推薦的注意值不是劃分設備有無故障的唯一指標，而應與歷次數(shù)據(jù)比較。如沒有歷次數(shù)據(jù)，則需確定一個適當?shù)臋z測周期進行跟蹤分析。而最終判斷有無故障時，主要應在氣體含量絕對值的基礎上追蹤分析考察特征氣體的增長速率。

4.常見問題及解決方法

以相對產(chǎn)氣速率（即每月某種特征氣體的含量增加原有值的百分數(shù)的平均值）用來判斷充油電氣設備內(nèi)部狀態(tài)時，總烴的相對產(chǎn)氣速率大于 10%時應引起注意。如油的色譜分析中，各成分氣體的含量有增加趨勢或已超過注意值就應觀察產(chǎn)氣率，根據(jù)《導則》中三比值法，初步判斷可能存在過熱或放電性故障。

在采用特征氣體法的同時，結(jié)合三比值法進行判斷比較可靠；當變壓器內(nèi)部存在過熱性故障時，可以采取跟蹤分析的方法，考察過熱特征氣體的比率及烴類氣體的相互關系，考察相對產(chǎn)氣速率，并根據(jù)一氧化碳與二氧化碳的比值判斷過熱是否涉及固體絕緣材料，是能夠準確判斷變壓器故障性質(zhì)的。

5.結(jié)束語

利用氣相色譜分析變壓器油的氣體成分及其含量，能夠使技術(shù)人員充分掌握并監(jiān)測變壓器的運行狀態(tài)，能夠提前知道變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，即在變壓器運行中（不停電、不吊芯的情況下），通過常規(guī)檢測及色譜分析就可以把變壓器內(nèi)有無故障、有什么樣性質(zhì)的故障診斷出來，這對于變壓器的維護保養(yǎng)起到關鍵性的指導作用，從而更好地保證電力系統(tǒng)的安全運行。

【參考文獻】

[1]張利剛.變壓器油中溶解氣體的成分和含量與充油電力設備絕緣故障診斷的關系[J].變壓器，2000，37，（3）：39-42.

[2]岳章華，鐘建靈，江健武.變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用.廣東電力，2000，21，（1）：32-34.

[3]曹海.變壓器絕緣故障在線監(jiān)測技術(shù).四川電力，2005，2：47-48.

[4]肖登明.電力設備在線監(jiān)測與故障診斷[M].上海：上海交通大學出版社，2005.