符莉芹

（國網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司 湖南湘西 416000）

變壓器油中溶解氣體的分析與故障判斷

符莉芹

（國網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司 湖南湘西 416000）

當變壓器系統(tǒng)有故障以及異?，F(xiàn)象發(fā)生時，變壓器油色譜會發(fā)生明顯變化。本文將變壓器油液中溶解的氣體當作研究對象，對變壓器油中溶解的氣體含量以及成分進行分析，并以此來判斷變壓器的故障所在，并著重闡釋了利用氣象色譜分析法判斷變壓器油存在的故障，以便確保變壓器能夠運行的更為可靠。

變壓器油；溶解氣體；分析；故障判斷

1 引言

分析變壓器油中的氣體時主要以變壓器內(nèi)部故障對應的關系為基礎，按照氣體的成分以及含量，對變壓器內(nèi)部存在的異常以及故障的類型，故障可能發(fā)展的趨勢以及具體的位置和嚴重的程度進行判斷，并盡早對變壓器內(nèi)部潛伏性故障進行診斷。就目前有關試驗結果表明，利用氣體色譜分析檢測油浸式變壓器的早期故障最為有效。

2 變壓器油中故障氣體產(chǎn)生的原因和特征

變壓器油中故障氣體產(chǎn)生的主要原因是絕緣材料在受熱以及電和機械應力作用下發(fā)生裂解，主要有熱分解和放電分解兩種形式，具體如下：

2.1 絕緣物的熱分解

一旦變壓器內(nèi)部過熱而發(fā)生故障，變壓器局部的溫度會較高，導致靠近熱點周圍的絕緣物會發(fā)熱而發(fā)生分解，并將氣體析出。變壓器油的烴分子處于300～400℃周圍時會發(fā)生斷鏈，從而逐步生成低分子的飽和氣態(tài)氫以及二氧化碳。隨著溫度的升高，絕緣油所產(chǎn)生的低分子烴的不飽和度也會越來越高，同時伴有各類烯烴和炔生成，不同種類的烴類和氫氣含量也會不斷增加；在空氣中對變壓器內(nèi)的油浸絕緣紙進行加熱分解時，會產(chǎn)生一氧化碳以及二氧化碳等產(chǎn)物，其次會產(chǎn)生氫氣以及氣態(tài)氫等氣體，而其它的固體絕緣材料發(fā)生熱解氣體的主要成分有一氧化碳和甲烷，其次為少量的低分子氣態(tài)烴，跟絕緣紙和變壓器油相比，固體絕緣材料更容易產(chǎn)生乙炔。

2.2 絕緣物的放電分解

變壓器油分解時產(chǎn)生氣體的組成成分很大程度上取決于放電能量的高低。通常情況下，放電能量越低，產(chǎn)生的氣體中氫氣的含量就越多，其次就是甲烷和乙烯等分子較低的氣態(tài)烴。放電能量越高，還會伴有乙炔產(chǎn)生，含量也會越來越多。如果在油中有一氧化碳和二氧化碳產(chǎn)生，固體絕緣物不同，這兩種氣體的含量也有所不同。

3 判斷油中溶解的氣體成分

變壓器內(nèi)部零部件有故障發(fā)生導致有新故障發(fā)生時，變壓器油產(chǎn)生氣體的速度以及產(chǎn)生氣體的量會明顯的加快。所以分析變壓器油中溶解氣體能夠對變壓器內(nèi)部的故障進行檢測。

3.1 變壓器油中的氣體類別和故障類型

根據(jù)變壓器運行的經(jīng)驗以及有關資料表明，對變壓器油中可燃性氣體進行分析比較實用的方法就是氣相色譜分析法，利用此方法一般包含脫氣以及測量兩個過程，礦物油普遍由3000種液態(tài)碳氫化合物組成，利用色譜分析法對變壓器油中的甲烷、乙烷、乙炔、乙烯以及氫氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體進行辨別，并從變壓器油中將這些氣體分離出來，利用色譜分析法對其的含量進行檢測，從而判斷故障類型以及嚴重程度。當變壓器油發(fā)生正常老化時會產(chǎn)生一氧化碳以及二氧化碳兩種氣體；變壓器線圈、引線中存在的局部放電，變壓器油會被電弧分解，而產(chǎn)生氫氣和甲烷；當變壓器的局部溫度較高時，會產(chǎn)生甲烷，而溫度越來越高，主要氣體會變?yōu)橐彝楹鸵蚁?；當故障點的溫度達到1000℃時，變壓器油會裂解成乙炔；而當變壓器內(nèi)部固體絕緣材料出現(xiàn)故障后，會產(chǎn)生較多的一氧化碳以及二氧化碳，一旦變壓器內(nèi)部受潮后，變壓器油中不但會有水份存在，固體絕緣材料中存在的氣體會發(fā)生局部放電現(xiàn)象，而產(chǎn)生較多的氫氣。

3.2 提取變壓器油樣的方式

在對變壓器油中溶解氣體進行色譜氣相分析時，需要對油樣進行準確的提取，具體的操作方式如下：

（1）在抽取變壓器的油樣時，要先對變壓器的油樣活門進行清潔，并在油樣活門出反復放油三次，從油樣活門處進行取油。

（2）抽取變壓器油中的油樣時，使用的器皿或者清潔的醫(yī)用玻璃注射器具有較好的密閉性，也可以將清潔的軟管一端套在按照（1）處理過的油樣活門上，并將油樣活門上的密封螺釘，便于變壓器油能夠緩慢的流出軟管，并將軟管內(nèi)壁的臟物沖洗出來，而后在注射器的入口處套上軟管的另一端，當器皿處于變壓器油靜壓力下能夠自行進入注射器，完成油樣取樣后，將油樣活門的密封螺釘關閉，再把注射器取下，而后封閉好端口。

（3）放置的變壓器油樣位置要注意保持避光以及低溫，并做好標簽，盡快的分析色譜氣相，從而能夠得到更為準確的數(shù)據(jù)。

4 變壓器油中溶解氣體分析注意事項

由于變壓器油中溶解氣體會受變壓器的結構、故障部位以及故障嚴重程度的影響，所以必須要將所有的特點進行綜合評價，應用色譜分析法時需要注意以下幾點：

（1）為了避免產(chǎn)生誤判，需要對油中的溶解氣體進行確認，分析是由變壓器內(nèi)部產(chǎn)生故障還是外部因素造成的，不但要將變壓器油中溶解氣體成分含量的絕對值考慮在內(nèi)，還要考慮到溶解氣體的濃度注意值，如果化驗的結果為注意值時，要做好追蹤分析工作，查明溶解性氣體故障所在。而變壓器、互感器油中溶解氣體含量的注意值如表1所示。

表1 變壓器、互感器油中溶解氣體含量的注意值

（2）對于色譜分析結果有異常的運行變壓器，要經(jīng)常性的做好檢測分析工作，比較并分析檢測的數(shù)據(jù)，算出跟蹤分析的周期以及頻度，對歷史數(shù)據(jù)變化的規(guī)律以及趨勢進行對比，并判斷變壓器是否需要立即停運。所以，要進行多次的色譜分析，從而確保色譜分析的正確性。

（3）絕緣油中一旦有乙炔出現(xiàn)，盡管乙炔的值低于規(guī)定的5μL/L時也要引起高度的重視，而當無法判斷乙炔產(chǎn)氣速率高或含量不斷上升的原因時，未對變壓器的安全運行造成影響時，要立即停止運行變壓器。

（4）運行中變壓器發(fā)輕瓦斯信號、產(chǎn)生重瓦斯出現(xiàn)跳閘，或差動保護信號出現(xiàn)跳閘等故障；電氣試驗一旦發(fā)現(xiàn)異常結果，需立即對油取樣進行色譜分析，鑒別故障類型。分析診斷變壓器內(nèi)部是否產(chǎn)生過熱或放電性，存在放電性或出現(xiàn)嚴重高溫過熱故障時應檢修處理。若為一般過熱故障，必須結合變壓器負荷情況進行運行監(jiān)視及跟蹤分析。

（5）為提高分析的準確性，必須有效結合氣相色譜分析法和電氣檢查性試驗結果。磁回路過熱性故障的特點為：“變壓器繞組的直流電阻測試合格，而空載損耗偏高，鐵芯絕緣電阻下降等”。導電回路故障的特點為：“變壓器繞組的電壓比出現(xiàn)異常，直流電阻不平衡”。絕緣故障的特點為：“介損變化大、絕緣電阻低、繞組泄漏電流大等”。

（6）對變壓器存在的故障進行分析時，要對變壓器的運行歷史試驗結果、運行環(huán)境條件以及變壓器的結構特點有所了解，綜合考慮到設備發(fā)生故障發(fā)生瞬間發(fā)出的異常響聲、運行時的電壓、負荷、所采用的繼電保護動作情況。如果變壓器有輕瓦斯動作發(fā)生時，要對變壓器的外觀進行及時的觀察，并取油樣進行色譜分析，以此判定變壓器內(nèi)部狀況：氣體無色、無味，不可燃，屬變壓器內(nèi)部進入空氣（可能是由于變壓器新安裝或檢修、加油等工作后進入空氣，工作完畢后未完全排出；也可能是運行中冷卻，潛油泵等密封不嚴進入空氣）；所取氣體有色、有氣味，可燃，屬內(nèi)部故障，應取油樣送交專業(yè)人員化驗。同時，對變壓器進行電氣試驗，將色譜分析結果和試驗情況結合，按照DL/722－2000導則和電氣試驗規(guī)程綜合判斷分析故障原因，從而制定檢修處理方法。

（7）變壓器油中溶解氣體的分析試驗出現(xiàn)誤差的主要原因在于化驗設備以及操作工藝存在問題，所以，對變壓器的故障性質(zhì)進行分析判斷時，可以應用三比值法進行，并且需要將影響精確度的因素考慮在內(nèi)。利用色譜法分析得來的數(shù)據(jù)更為準確，相關工作人員應嚴格執(zhí)行預防性試驗規(guī)程和色譜分析導則的要求，在溶解氣體組分含量有增長趨勢時，可結合產(chǎn)氣速率判斷，必要時縮短周期進行跟蹤分析?？偀N含量低的設備不宜用相對產(chǎn)氣速率進行判斷，且剛投入的變壓器應有投運前的測試數(shù)據(jù)。

5 結語

總而言之，變壓器油中溶解的氣體是檢驗變壓器是否正常運行的指示燈，能夠有效反映出變壓器存在的故障，并且在分析采樣油中的溶解性氣體時，要對變壓器油設備的型號結構、變壓器運行的方式以及油液更新的頻率進行對比，并將可能存在的故障問題進行對比，避免因為采樣分析造成不必要的誤判斷，最終才能更好的確保變壓器運行的更為安全可靠。

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2016-2-20