李岳峰+趙志剛

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)最主要的設(shè)備之一，其可靠運行程度直接關(guān)系到電網(wǎng)能否安全運行。油中溶解氣體分析（DGA）對發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛伏性故障具有極大幫助，能夠利用這項技術(shù)檢測出其早期故障，早在1996年修訂的《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》就已將其列在對電力變壓器預(yù)防性試驗的首位。本文在簡述變壓器油成份及氣體產(chǎn)生機理的基礎(chǔ)上，概述了變壓器油中溶解氣體的檢測方法以及故障診斷依據(jù)，同時簡要介紹了變壓器油色譜分析儀的結(jié)構(gòu)、分類與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變壓器；油中溶解氣體；氣體檢測；氣相色譜儀

1 變壓器油及固體絕緣的成份及氣體產(chǎn)生機理分析

變壓器油的成份及氣體產(chǎn)生機理：變壓器油在運行中受到高溫、電弧、氧氣及水和銅鐵等材料的聯(lián)合催化作用時，會產(chǎn)生某些氧化物以及油泥、烴類氣體和固體蠟等，這是由于絕緣油的老化和劣化所致。我們通?？梢愿鶕?jù)老化和劣化時產(chǎn)生氣體的量值是否超過臨界值來初步判定變壓器是否存在故障。但對于潛伏性故障而言，當變壓器油處于高電場環(huán)境中，低溫環(huán)境仍能使其分解出氣體。

2 變壓器典型的內(nèi)部故障

油式變壓器內(nèi)部故障的引發(fā)形式主要包括機械式、過熱式和異常放電式，其中后兩者較為常見。其中過熱式包括低溫過熱（<300℃）、中溫過熱（300℃700℃），異常放電式包括局部放電、低能放電和高能放電。

據(jù)大量試驗和變壓器故障處理案例分析所得，不同的油式變壓器故障類型所產(chǎn)生的主要特征氣體和次要特征氣體歸納于表1中。

3 變壓器油中溶解氣體的檢測方法

在實驗室或工程現(xiàn)場，我們通常利用氣相色譜分析儀來測析油中各種溶解氣體的含量，其過程主要包括脫氣（將溶解在油中的氣體從油=中脫離出來）、分離（將已脫離出的混合氣體一一分開）和定量（分別測出各種溶解氣體的數(shù)量，一般取其體積比）三個步驟。

3.1 脫氣方法

（1）機械真空法。屬于不完全的脫氣法，適用于溶解度較大的氣體。

（2）機械振蕩法。屬于溶解平衡法。在恒溫條件下，通過油樣與脫出氣體在密閉容器內(nèi)的機械振蕩，使油中溶解氣體在氣、液兩態(tài)之間達到平衡。

（3）變徑活塞泵完全脫氣法。這種方法利用負氣壓與大氣壓對變徑活塞泵的交替做功來完成脫氣，類屬于真空法。

3.2 分離及定量方法

定量分析法往往是最有科學(xué)依據(jù)且最能精確評估出量態(tài)關(guān)系的方法。氣相色譜儀常用的定量工具是熱導(dǎo)檢測器（TCD）及氫火焰離子化檢測器（FID）。TCD主要用以檢測H2及O2，它是基于電橋法測量電阻的原理。FID是基于氫氣在空氣中燃燒時所生成的火焰而使待測氣體電離，后由極間電場吸收此電離電流，其大小就反映了氣體的含量。

經(jīng)過色譜儀檢測后，個氣體組分的數(shù)量將表現(xiàn)為沿時間軸上的多個不同高度的峰形。對于常用的氣相色譜儀的最小檢知濃度，色譜導(dǎo)則的規(guī)定見表2。

4 氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)

氣相色譜儀如下圖1所示，由五大系統(tǒng)組成：載氣系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、脫氣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。

5 現(xiàn)場用的氣體檢測儀器

適合現(xiàn)場用的氣體檢測儀器已有很多，分為兩大類：簡易型和多氣體型。

5.1 簡易型氣體檢測器

簡易型氣體檢測器有便攜式和固定式，常用以僅測H2或以測H2為主的氣體檢測器，單測C2H2的也有應(yīng)用。其中薄膜脫氣法比較簡便，適用于現(xiàn)場使用。它利用合成材料薄膜的透氣性能，使油中溶解氣體透過薄膜而進入氣室?，F(xiàn)場使用時，要十分注意滲透膜的耐油性能及老化性能。國外很早以前就對當時的多種滲透膜在70～100℃下的耐油及老化性能進行了對比試驗，認為氟硅橡膠的性能要優(yōu)于苯乙烯丁二烯、丁烯橡膠、聚氨酯及硅橡膠。后來，國內(nèi)曾對聚酰亞胺薄膜的透氣性進行了研究，由于其透氣性較差，改用聚四氟乙烯薄膜，因為后者的透氣性好、機械強度高、耐高溫、也較耐油等。

5.2 現(xiàn)場用多種氣體分析儀

為滿足現(xiàn)場測氣需求，將原用于實驗室時要用的二根色譜柱及二種定量方法（FID及TCD）改為僅用一根色譜柱及一種定量方法（如TCD），使儀器大為簡化。另外，還可以將定量環(huán)節(jié)改用氣敏半導(dǎo)體傳感器，使現(xiàn)場用氣體分析儀更加輕便，且造價也可低很多。

結(jié)束語

隨著社會發(fā)展的要求與未來實際工程的需要，變壓器油中溶解氣體檢測與故障診斷技術(shù)還有待繼續(xù)研發(fā)和優(yōu)化。目前，廣泛應(yīng)用的氣體檢測技術(shù)是色譜柱和氣體傳感器陣列技術(shù)，但二者存在穩(wěn)定性欠佳、靈敏度不夠等問題。近年來，一些新型氣體傳感技術(shù)開始得以應(yīng)用，由此可預(yù)期這項技術(shù)將有著巨大的革新潛力和良好的應(yīng)用前景。

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