变压器油色谱在线检测与故障诊断研究刘永娟

变压器油色谱在线检测与故障诊断研究刘永娟

刘永娟张琴琴

（国网宁夏石嘴山供电公司宁夏石嘴山市753000）

摘要：随着智能电网的不断发展，促进了智能变电站行业的迅速发展。变压器是重要的电力设备之一，它在整个电网中承担着电压变化和传输的重要任务，与用户的供电息息相关。若这一环节出现故障及不能及时发现，便会导致供电量、供电质量的下降，影响用户的正常使用，甚至导致供电系统的瘫痪，影响正常的国民经济社会生活。因此，对变压器的实时在线监测至关重要。基于此，本文对变压器油色谱在线检测与故障诊断进行分析研究。

关键词：变压器；油色谱在线检测；故障诊断

变压器油色谱在线监测系统是指在不影响变压器运行的条件下，对其安全运行状况进行连续或定时自动监测的系统。目前，变压器油色谱在线监测系统以其能实时监测变压器绝缘油的状态，有利于及时发现变压器潜伏性故障，早期排除变压器隐患，避免突发故障的发生等特点，而得到广泛应用

1油色谱在线监测装置原理和结构

1.1油色谱在线监测装置的原理

在油色谱在线监测系统的诸多技术中，只有两个方面的技术发挥的关键性作用，即：气体含量检测与油气分离。在油色谱在线监测中，利用脱气法能够分离出绝缘油中溶解的特征气体，通过色谱柱将所有单组分气体分离出来，使其进入至气敏检测单元之中。通过气敏检测单元，能够根据有关物理与化学性质，将被色谱柱分离的组分转变成电信号，为相关测量工作的开展创造有利条件，当前，最为常见的包括两种，即氢火焰离子化检测器与热导池检测器。各组分气体浓度的电信号分别运用传感器输出来表示，通过有关A/D转换工作，能够将相关电信号在终端计算机中输入，利用终端计算机，上传数据至主控计算机，并在专门应用的软件中显示出来。

1.2油色谱在线监测装置结构

在油色谱在线监测系统的组成部分中，主要包括组分分离模块、油气分离模块、组分检测模块以及数据后台处理与状态诊断模块。由于各个生产厂家自身存在的区别，其关键技术主要通过，组分分离模块、油气分离模块与组分检测模块技术的差别体现出来。

第一，油气分离模块：所谓的油气分离模块指的，利用化学物理方法，从油溶剂中，将油中溶解的气体分离出来，倘若油气分离工作开展的不充分，会对后续组分离工作造成影响，进而影响检测结果的准确性。现阶段，真空法、薄膜渗透法与顶空法是最为主要的油气分离方法。第二，组分分离模块与检测模块：当前，关于气体分离与检测模块方面，主要包含两种方法。第一，通过色谱柱，对油气分离模块开展分离工作，进而获取气体中的各组分，然后利用专用传感器，开展相关检测工作。

第二，利用单一气体敏感的检测器，检测气体各个组分。在对气体各组分开展检测工作的过程中，与传感器法相比较，检测器法对仪器配置、使用条件以及维护工作方面所提出的要求比较严格，然而，检测器法的检测原理基本等同于实验室环境中的仪器原理，能够使在线监测数据和实验室试验数据的一致性得到保障，有利于后续研究与分析工作的高效开展。

第三，数据处理及状态诊断模块：在数据处理及状态诊断模块的组成部分中，主要包括后台数据采集处理、后台数据传输以及状态诊断三个部分。通过各组分浓度、产气速率与物质量比值，与三比值法、特征气体法等方式方法联系起来，能够对被监测设备开展相关状态诊断工作。

2变压器油色谱故障诊断方法

采用油中溶解气体分析诊断变压器类设备内部状况，根据油中溶解气体成分、特征气体含量和变化趋势判断故障性质、状态时，常用的判断方法和标准可分为：以油中特征气体组分含量为特征的故障诊断和以油中特征气体组分比值为特征量的故障诊断法两大类。

2．1以油中特征气体组分含量为特征的故障诊断

在正常情况下，变压器油在热和电的作用下，逐渐老化和分解，会缓慢地产生少量的低分子烃类，在故障处有纤维材料时，还会产生CO和C02气体。当变压器内部存在潜伏性的局部过热和局部放电故障时，就会加快产气速度。一般说来，对于不同性质的故障，绝缘物分解产生的气体不同；而对于同一性质的故障，由于程度不同，所产生的气体数量也不同。所以，根据油中气体组分含量的特征可以判断故障的性质及严重程度。

变压器内部故障主要有机械性故障、热性故障和电性故障3种类型，以热性故障和电性故障为主，且机械性故障常以热性或电性故障形式表现出来。运行中的变压器故障主要有过热性故障和高能放电性故障。根据模拟试验和大量的现场试验结果，电弧放电的电流大，变压器油主要分解出C2H2、H2和少量的C2H4；局部放电的电流较小，变压器油主要分解出H2和CH4；变压器油过热时分解出H2、CH4和C2H4等，而纸和某些绝缘材料过热时还分解出C0和C02等气体。因此根据各类大型电力变压器的诊断和检查结果，归纳出特征气体与变压器异常情况的关系。

H2是油中发生放电分解的特征气体，但是不能将H2的产生完全认为由放电引起。当H2的质量分数增大而其他组分不增加时，可能因变压器进水或有气泡引起水和铁发生化学反应，或在高电场强度下，水或气体分子的分解或电晕作用所致；如果伴随着H2的质量分数超标，CO、CO2的质量分数较大，即是固体绝缘受潮后加速老化的结果。变压器主要的绝缘材料是绝缘油和绝缘纸、纸板等，它们在运行中受多种因素的作用将逐渐老化，分解产生的主要气体是CO和CO2，因此可将CO和CO2作为油纸绝缘系统中固体材料分解的特征气体。

C2H2是电弧放电的特征气体，但热性故障和电性故障产生的特征气体中C2H2的质量分数差异很大；低能量的局部放电并不产生C2H2，或仅仅产生很少量的C2H2。大部分过热故障，特别是出现高温热点时，也会产生少量C2H2，因此不能认为凡有C2H2出现的故障都是放电性故障。

2.2以油中特征气体组分比值为特征的故障诊断

研究证明，变压器故障诊断不能只依赖于油中溶解气体的组分含量，还应取决于气体的相对含量。目前，基于油中特征气体组分比值为特征的故障诊断法包括道奈堡比值法、IEC三比值法、改良三比值法、罗杰斯法、改进罗杰斯法、电研协法和四比值法等，采用的特征气体是CH4、H2、C2H4、C2H6、C2H2、CO2和C0等7种。

基于上述观点，产生了以CH4与H2的质量分数之比、C2H6与CH4的质量分数之比、C2H4与C2H6的质量分数之比、C2H2与C2H4的质量分数之比的四比值法。由于在四比值法中C2H6与CH4的质量分数之比只能有限地反映热分解的温度范围，于是国际电工委员会将其删去而推荐采用三比值法。随后，在大量应用三比值法的基础上，IEC对与编码相应的比值范围、编码组合及故障类别进行了改良，得到了目前推荐的改良三比值法。

结束语：

油色谱在线监测系统的应用，能够从最大程度上保证变压器的稳定性，能够节省相应的人力支出，减少取样的频繁性，在提高工作效率和质量方面所发挥的作用不可替代。但与此同时，我们也需要认识到，油色谱在日常应用中也存在一些问题。这就需要技术人员对其进行深入研究，对其进行改进，为变压器的状态监测提供更加可靠的数据支持，让变压器的应用为人们的生产、生活提供保障。

参考文献：

[1]变压器油色谱在线监测系统的应用[J].陈娜.电子测试.2018（07）

[2]变压器油色谱分析诊断技术[J].申奥.中国新通信.2017（13）

[3]变压器油色谱分析与故障诊断[J].林丽兰.无线互联科技.2017（17）