油色谱分析在变压器故障识别中的应用马雅丽

油色谱分析在变压器故障识别中的应用马雅丽

马雅丽张宝全高文涛

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摘要：变压器油的色谱分析技术主要建立在油中所含溶解气体类别及其与变压器内部存在故障之间的对应联系所使用的故障诊断方法，通过运用气相色谱分析仪器，能够对油中所包含的气体进行分析和研究，并依照气体含量和组成成分对变压器是否存在异常情况加以判断，从而对其所存在的故障类型、发生部位、发展趋势以及严重程度进行及时诊断。

关键词：油色谱分析；变压器；故障

1基于油色谱诊断技术的变压器故障类型

色谱法是由俄国植物学家茨维特，他于1903年首先系统地提出来的。随着色谱技术的发展，色谱对象已不再局限于有色物质，但色谱这一名词仍沿用下来。

气相色谱分析技术，它是一种物理分离技术。利用色谱柱，使混合物中固定相试品分子与流动相的分子间相互作用，因分配系数不同，各种试品分子沿色谱柱运动的速度也不同。各种试品分子经过长时间的分配，可以拉开一定的距离，因此可以做到先后从色谱柱内流出，进而不同的物质可以得到识别。通过运用气相色谱法测定绝缘油中所含气体的特征及含量，进而可检测出变压器是否存在放电、过热等隐患故障。

1.1热性故障

在变压器正常运行状态下，变压器所产生的发热，它的热度的来自于变压器内部的线圈绕组和铁芯，俗称的铜损和铁损。变压器油温度会随着它们转化的热量而升高，但一般不超过90℃。变压器处于热应力情况下所造成的绝缘体加速劣化就是变压器的过热性故障，当内部的绝缘体与油等绝缘体材料产生裂变时，会导致内部局部过热，劣化部分绝缘介质。同时，热性故障会根据不同的温差值有所差异，低温过热、中温过热以及高温过热是常见形态。过热性故障的产生，正是因设备绝缘体性能毁坏导致的。而由于变压器中的油与其他绝缘材质遇到过热情况时，会导致裂变。过热性故障情况下，产生的热量只能导致绝缘油发生分解，变压器油内溶解的特征气体主要为小分子的烃类，甲烷和乙烯气体，两类气体含量所占总烃类百分比大于80%。乙烯气体会因变压器内部温度升高而增多。

变压器中产生过量的高温热时（一般大于七百摄氏度），其内部的乙炔会较少，而造成碳类化合物的出现，并产生比方说一氧化碳、二氧化碳等气体。同时还有大量热量出现，一氧化碳、二氧化碳所占的比例也会同步增大。过热性故障在变压器故障中所占比例是比较大的，产生这类过热故障的因素是，导体衔接不合理，铁芯漏磁，多点接地，接头不良、静触头接触不稳定以及铁芯钢片故障，最终产生短路等而造成过热性故障。

1.2电性故障

局部产生电弧放电甚至是火花放电情况下，是电性故障的前兆。通常情况下，局部放电的能量密度不会超出范围，但一经出现，就会导致大量高热能发电，最终击穿或损坏绝缘体。而火花放电则是一种间接放电，通常具有较低的电流、电弧放电密度大，是高能放电。所谓的高能放电，会快速产生大量的气量，容易造成绝缘纸穿孔、烧焦或出现炭化现象。

基于高压电场作用下，导致电力变压器出现绝缘恶化，从而引起内部故障问题。一般，典型危害依照放电量的密度大小，其内部放电危害会根据放电局部性、高能量放电、低能量放电这几种。局部放电的能量密度不大，刚开始损害程度不是很大，但是如果产生这种情况的话，就会出现高能量的放电，并最终导致绝缘体损坏和击穿。局部放电故障产生的主要特征气体为以氢气为主，其次是甲烷，有时还会产生少量的乙炔。

高能量放电指的是在高电场的作用下，造成绝缘劣化。高能量放电又称电弧放电。这类故障常由于过电压造成内部或者引线断裂造成的闪络，线圈匝间、层间绝缘击穿等引起的电弧放电。这类故障多数由于产气集中导致，过量的产气，会导致气体增多，难以溶解，变压器油难以聚集，最终影响了轻瓦斯报信，妨碍了重瓦斯运作。电弧放电时，主要产生的气体以乙炔和氢气为主，乙炔气体占总烃的20%至70%，其次是氢气，还有少量的甲烷和乙烯气体产生。

低能量放电通常指的是悬浮出电，异物阻碍了铁芯的短路等，这是一种间歇性放电故障。氢气是主要的局部放电气体成分，其次是甲烷。同时其内部氢气含量占据了烃总量的百分之九十以上。

1.3局部受潮

由于变压器长期运行，外部绝缘老化或是变压器制造工艺的影响，一旦变压器内部渗入水分受潮后，变压器油中这些杂质和渗入的水分，最终会在变压器内部逐步形成“小桥”。这直接导致变压器内部局部放电现象的产生，进而释放出一部分氢气。同时渗入内部的水分，在变压器内部形成的电场持续作用下，也产生大量的氢气。

2色谱分析在故障诊断中的应用

2.1产气特征

一旦变压器内部发生故障问题，则变压器在运行过程中所释放的气体性质就会发生相应的改变，因此，技术人员能够依据气体性质及属性对变压器存在的故障进行有效的辨别。例如，在出现放电故障时，变压器油中会含有氢气，占比高于总量的90%；在高温故障时会释放甲烷及乙烯，在总烃含量占比中高于80%；在出现局部放电情况时，主要释放气体为氢气，次之为甲烷，通常而言，氢气在氢与总烃的占比中高达90%，而甲烷和总烃之比则高于90%。因此，针对变压器运行时所释放的不同气体特征能够对故障类型进行具体判断。

2.2产气速率

考虑到变压器油内部包含可燃性气体，这就使得其在热环境及电厂环境中会发生自动分解，与此同时，气体的产生速率也会随之加快。因此，在对变压器内部的故障问题是否存在进行具体判断的过程中，需要依照变压器油内部的气体含量和气体增长速度两方面要素进行判断。若变压器内部确实存在故障，则在进行故障判断时，还需对变压器油中所包含的气体产生速率进行考量，并以此作为判断依据，对变压器故障进行更加科学合理地诊断。

2.3根据产气速率进行故障判断的方法

（1）在对变压器有无故障存在进行判断的过程中，可依照变压器油中所包含的总烃含量与产气速率，并结合色谱分析方法对其故障类型加以判断。同时，依据色谱分析最终所得出的变压器后内部总烃绝对值和产气速率是否高于注意值进行故障诊断，以此判断变压器的实际运行状态。其中，注意值指的是变压器正常运行状态下，变压器油内部所含的各种气体类型及所占比例、产气速率等数据值。

（2）当总烃绝对值高于注意值，却低于此数值的3倍，且总烃气体的释放速率低于注意值时，则变压器内部存在故障。考虑到此类故障蔓延趋势较为缓慢，因此可采取继续运行持续观察的方法进行下一步检修作业。

（3）若总烃高于注意值，却低于注意值的3倍，且总烃气体的释放速率维持在注意值1~2倍的区间范围内时，则变压器内部存有故障，此时需缩短试运行周期，并对故障的发展趋势加以密切关注。

（4）若总烃绝对值高于注意值的3倍，且总烃气体的释放速率也同样高于注意值的3倍时，则变压器存在严重的内部问题，并且发展迅速，此时则需要即刻采取相应的修复措施。

3结语

应用变压器油中溶解气体色谱分析，可以准确地判断变压器故障性质和严重程度，是早期发现变压器潜伏性故障的一种有效的方法，也是色谱分析法的特点。

参考文献

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