变压器油的故障诊断分析

变压器油的故障诊断分析

柴金慧

（长春供电公司吉林长春130041）

摘要：本文结合生产工作实际，针对变压器油类故障进行分析，通过总结运行中变压器等充油电气设备内部故障，详细解析设备诊断的基础知识，同时就相关的故障诊断方式进行研究，希望分析能给相关工作人员提供参考。

关键词：变压器；绝缘油；故障；诊断

前言

充油电气设备在运行过程中需要定期进行检测试验，以便及时掌握设备的运行状况。而在众多检测手段中，变压器油中溶解气体分析是其中最重要的手段之一，同时也是最有效的检测手段，能够准确判断该设备是否存在着隐藏性故障。

1预测运行变压器等充油电气设备内部故障

众所周知，预防事故比挽救事故更加重要。通过大量的实际生产工作可知，绝缘油中溶解气体分析能够通过试验结果准确预测设备故障，相对于其它的绝缘监督方法来说是最直接，同时也是最有效的监督手段，变得越来越不可或缺。

在分析油中溶解气体方面，一般运行中电气设备具有以下特征：

（1）故障存在的产气累计性：如果运行中设备存在隐藏的问题，这些问题将造成绝缘材料的老化，从而导致设备绝缘性能下降。老化过程中，设备内某些特定气体组分含量会不断提高，它们还能够在溶解在绝缘油中，同时它们会随着时间的增长而逐渐增加，从而导致油中气体出现饱和以致析出气泡。因此对于设备里的产气累计程度是判断充油电气设备内存在问题与否和判断故障程度的有效标准。

（2）故障下的产气速率：设备故障产生能量的多少、故障地点、故障处的温度等问题都会影响设备内的产气速率。一般来说，电气设备绝缘油与绝缘材料会受到温度等因素的影响产生少量的特征气体，然而气体产生的速度是很慢的。但是如果其内部出现问题，这些气体产生的速度会加快。所以，通过观察设备内部气体的产气速率也是判断充油电器设备其内部是否存在问题及其影响大小的有效标准。

2设备诊断的基础知识

2．1空气的溶解

通常情况下，设备中存在气体的主要成分是氧和氮（包含少量的氩），这些气体主要来自于空气在油中进行溶解或者密封设备出现泄漏。当101.3kpa、25℃状态下空气能够溶解于油的饱和度大概是10%（V）。空气的成分比例大约是氮气=79%、氧气=20%，其他气体=1%，而空气在油中溶解后的成分比例大约是氮气=71%、氧气=28%，其他气体=1%。

绝缘油是由众多不一样分子量的碳氢化合物分子组成的混合物。其制作的完美度、保存方式、使用条件等都会对其内的含气量造成影响。一般情况下，开放式变压器对于溶解空气的饱和量大约为10%，而充氮保护约为6%～9%；隔膜密封保护可以保持低于3%，通常来说约为3%～8%。

2．2正常运行下产生的气体

当设备正常使用时，因为电场、温度、氧等会影响设备，所以变压器油和固体绝缘材料将慢慢发生老化分解，在此过程中将会出现较少的特定的气体与氧化物，其中以CO、CO2占据的成分最多。

2．3故障运行下产生的气体

如果变压器设备出现问题，那么绝缘油产生的数量增多，速度加快。设备中出现气体的原因是绝缘材料受到温度、电场和机械应力的影响从而导致绝缘油裂解产生气体。

3故障气体的产生

一般情况下设备如果出现内部问题，都可以归纳成两种情况：设备过热问题与放电问题。其中过热问题就温度而言能够区分成低温、中温与高温过热；而放电问题分为局部放电、火花放电和高能量（电弧）放电三种情况。

3．1绝缘物的热分解

如果设备内部出现过热性问题，导致部分区域温度升高，会使问题区域附近的绝缘材料进行热分解，产生热解气体，一部分形成气泡，同时另一部分溶解在绝缘油中。当故障温度在300～400℃，油中的C－H键会发生断链，并且产生低分子的饱和气态烃和CO2等，如果温度持续增加，其中的低分子烃也会持续变多直到饱和甚至出现气泡，另外会产生烯烃和炔烃，其余种类的烃类气体与H2的含量同样会持续增加。研究证明，伴随热解温度的上升，热解气体的成分的产生次序是：烷烃→烯烃→炔烃。设备中存在油浸绝缘纸，其发生热解主要会出现CO2和CO，另外出现H2和气态烃，绝缘纸初时进行热解主要出现的气体组分是CO2，伴随温度持续上升，气体CO含量持续增加，CO/CO2比值上升，大约800℃能够达到2.5。

3．2绝缘物的放电分解

如果变压器与固体绝缘材料受到高电场应力影响，它们可能会出现裂化进而出现特定气体。放电分解存在高能、低能与局部放电之分，区分依据是能量的不同。出现的气体组分同绝缘物的放电能量有关，如果放电能量较低，C－H键因为离子反应而断裂，同时导致温度持续升高与能量持续增加，首先出现较多的H2，接着出现CH4、C2H4等低分子气态烃。通常C2H2出现在800℃－1200℃。如果有固体绝缘材料，能够出现CO和CO2。

3．3变压器受潮

如果变压器油的含水量增加，水分能够和铁反应产生氢气，如果铁芯层间油膜温度较高，其同样可以产生氢气。水和铁生成氧气按照以下方式：3H2O+2Fe→Fe2O3+3H2

4故障类型的判别

4．1特征气体法

故障的种类首先可以通过特征气体法判断，使用此方法，第一步应该检查是否有C2H2，如果没有C2H2，判断需要通过C2H4、CO2、H2三种气体，第二步是依据其它同时存在的气体进行判断。

（1）当300～800℃时，设备油进行热解，此时主要出现的气体是低分子烷烃包括甲烷与乙烷等、低分子烯烃（乙烯），并且会出现氢气；

（2）局部出现放电问题时，绝缘油经过分解出现的主要时氢气与少量甲烷；

（3）绝缘油遭受电弧时，此时出现的主要是氢气与乙炔，同时存在一定量的甲烷、乙烯；

（4）绝缘纸在120～150℃持续加热时，出现的主要是二氧化碳，同时又一氧化碳；

（5）绝缘纸在200～800℃进行热解时，会出现少量烃类气体，O/CO2比值越高，热点温度越高；如果变压器受潮，出现的主要是氢气。

4．2三比值法

根据热动力学与实践研究，对充油电气设备问题种类判断主要使用三比值法。

5故障诊断的一般过程

第一步应该对变压器油进行记录，主要记录其生产厂家、投运时间、运行时间、油号、油量、是否补过油、检修记录等，如此仔细知晓变压器的每日使用情况，并且经常运用气相色谱进行分析。

第二步如果变压器将要投入使用，需要对变压器油采用真空滤油的方法，滤油之后应该进行取样进行油中溶解气体分析，并且对分析出的每种气体组分含量进行记录，有利于以后进行监督时提供参考。投入使用后的第一天、第四天、第十天以及一个月时应该再次运用气相色谱分析法对绝缘油中气体进行检测，同时将两次的数据进行比较。通过比较，如果发现总烃、乙炔、氢气的含量与各气体组分的绝对值比规定要小，同时气体组分含量改变较小，我们就可以说设备在使用时出现了问题，此时就能够进行普遍的检查。假如数据出现异常数据，应该再一次抽样进行分析，再一次进行结果比较，同时了解往期记录，在此时应该排除误差、操作不规范如未进行滤油等情况，而且分析故障气体组分的产气速率，假如产气速率同样比一般值要大，此时可以肯定出现了问题，然后可以运用三比值法判断问题种类。然而必须铭记的是，三比值法只有设备出现问题的时候才可以运用，假如不能够肯定设备出现问题，不顾一切的使用，不仅不会产生效果，或许会造成误判，从而导致不必要的损失。

6结语

电力工业正在持续发展，这必然要求绝缘油技术监督工作需要进行持续的改善与创新，并且越来越占据着更加重要的地位。与此同时，技术监督工作更应该将保证油品的质量，预防油质劣化，增加油的运用时间等作为至关重要的工作，从而确保为油品技术监督提供优良基础。

参考文献：

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[2]沈亚芳，梁永江，卢叶艇，田民顺.电厂变压器油色谱异常分析和处理[J].科技展望.2016（13）

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