变压器油中溶解气体的分析与故障诊断研究

变压器油中溶解气体的分析与故障诊断研究

郑怡婕

深圳市输变电工程有限公司  广东深圳  518055

摘要：分析变压器油中溶解气体是变压器故障诊断的常用方法。随着我国电网信息化、数字化发展，变压器在线监测技术发展飞快，为变压器在线故障诊断提供了技术支撑。本文基于变压器在线监测，研究变压器油中溶解气体的分析及故障诊断。旨在为变压器故障在线诊断和分析处理提供一些参考。

关键词：变压器油；溶解气体分析；在线监测；故障诊断；三比值法

引言

变压器是组成电网体系的重要设备之一，其主要负责变压和电能传输，稳定电网运行。变压器一旦发生故障，将诱发电网大范围停电，电网电压、电流波动，甚至可能诱发更加严重的电网故障，对电网的安全稳定运行有着及其重要的影响。当变压器发生绝缘故障时，有故障气体产生并溶解于变压器油中，一部分气体进入继电器中，会诱发继电器保护动作，导致其他附属设备发生一系列异常，影响设备的安全性。变压器的绝缘故障类型较多，包括热故障、电故障及绝缘受潮故障。根据故障类型的不同，变压器油中溶解气体成分也存在较大的差异。根据这一原理，可以通过分析变压器油中的溶解气体成分对变压器绝缘故障进行准确诊断，以便分析故障原因，提高变压器故障处理效果。研究变压器油中溶解气体的分析与故障诊断对高效准确的处理变压器绝缘故障有着重要的意义。

一、变压器故障诊断分析的方法概述

（一）在线监测法

变压器故障在线监测法是基于对变压器油中溶解气体的分析理论而采用的一种新型高效的故障诊断方法，即在变压器本体上安装可实时检测油中溶解气体各组分及其含量的油中溶解

气体自动分析装置，在线动态化监测变压器油中溶解气体各组分状态。

变压器油中溶解气体在线监测的主要对象包括Ｈ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ２、ＣＯ、ＣＯ2等，即监测变压器油中溶解气体的组分、含量值及其气体特征。根据安装的检测装置或检测仪器的不同，在线监测法分为气相色谱法、光纤光栅法、拉曼光谱法、光声光谱法、傅里叶变换红外光谱等。故障判断的方法主要有特征气体法、三比值法及其他故障诊断方法。其中特征气体法判断参考我国现行的《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（DL/T722-2000）[1]。故障具体判断参考不同故障类型产生的其他组分，见表1。

表1不同故障类型产生的气体组分参考表

二、在线监测法在变压器油中溶解气体分析与故障诊断

（一）在线监测法在变压器有种气体诊断的主要方法

1.特征气体法

特征气体法是通过分析变压器油产生的特征气体对故障类型进行诊断的方法。

常见的可用特征气体法诊断的变压器故障包括过热故障和放电故障两大类。过热故障根据过热的温度高低可分为高温过热故障、中温过热故障、分低温过热，产生的主要特征气体是CH4、C2H4，它们的体积占总烃体积的约80%。CH4、C2H4与H2的比例随着过热温度的升高而增大。放电故障包括局部放电、火花放电、电弧放电，产生的主要特征气体为C2H2、H2，次要特征气体为C2H4、CH4。变压器内部受潮或油中进水的情况产生的H2含量较高，易形成内部潜伏性故障，不易被发现[2]。

2.三比值法

根据变压器油中溶解气体的组分含量及相对含量分析各，可通过溶解气体质量分数之比分析变压器故障。油中溶解气体的质量分数之比可分为CH4与H2、C2H6与CH4、2H4与C2H6、C2H2与C2H4四组。基于四组质量分数之比，这种分解方法称之为四比值法。其中C2H6与CH4只能分析出热分解的范围，国际电工委员会删除C2H6与CH4这组质量分数比值，通过改编确定了三比值法编码规则，通过编码组合对照不同故障类型产生的气体组分参考表就可以确定出变压器相应的故障类型。

（二）变压器油中溶解气体在线监测技术研究现状

变压器油中溶解气体在线监测最早由Syprotec公司研发Hydran型在线氢气检测仪后推广应用。随后日本日立、三菱公司又研发出可同时在线监H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等多种气体的变压器检测装置，在线监测精度为(15～20)×10-6。近些年，国内外多种气体在线监测系统的研发速度较快，但国内商品化发展速度相对较慢。国内的不少多种气体在线监测系统的可靠性有待进一步验证，而国外的在线监测产品软件操作界面为外文界面，产品本身操作复杂，且对于操作人员外语水平及专业要求较高。国内关于变压器故障在线监测的研究多集中与局部放电、变压器油氢气浓度、变压器油色谱在线监测等方面。为进一步提升国家电网的可靠性和安全性，国内不少研究院研发出一些性能不错的在线监测装置或监测仪器，并有部分研究结果实现了商品化。如TRAN-A、TRAN-B型变压器故障在线监测设备、大型变压器色谱监测设备、变压器故障在线监测设备等。目前，国内已经上市的变压器故障在线监测设备多侧重于气体单一成分的分析，在多种气体在线监测方面的功能相对较弱，数据量多以文件形式存在，不采取信息加密设计，不便于信息保密和共享

[3]。

（三）变压器油中气体在线监测法技术特点

随着国内电网信息化、一体化建设步伐的加快，电网数字化、智能化程度越来越高，对变压器故障在线监测提出了更高的要求，多种气体同时在线监测及故障诊断、动态化追踪故障及预测故障成为电网监测发展的主流需求。在这种背景下，国内变压器油中溶解气体在线监测的研究呈现出新的发展趋势，其发展特点如下：（1）多种气体同时在线监测；（2）诊断过程智能化；（3）数据库海量化；（4）通信精准化。其中在智能化诊断方面引入了模糊数学、神经网络、灰色理论、小波分析等全新的算法，对提高变压器故障诊断准确率起到了重要的促进作用，也为变压器潜伏性故障的诊断与处理提供更好的方法。在数据库设计方面，加入了动态书库、工艺量、开关量、特征参数及其他更多的测量数据，丰富了数据库内容，有效保证了变压器油中溶解气体实时化、动态化的综合分析和高效化、准确化的处理[4]。

结语

综上所述，变压器油中溶解气体的分析与故障诊断准确性的与检测设备或检测仪器的灵敏度、通信速度及准确性、智能监控和大数据管理等有关。在线监测技术的优势在于可以同时在线多种气体，并利用数据库存储海量的每个时段不同的气体特征，形成海量的数据库资源，通过大数据整合分析获取更加全面的变压器油中溶解气体的动态，通过分析及时精准的掌握变压器的动态运行状态，为及时发电变压器故障隐患提供了安全保障，极大的提高了变压器绝缘故障诊断的准确性和诊断效率，也为变压器故障原因分析和处理提供了具体可行的指导依据。

参考文献：

[1]吴文英,易美玲,温君,郑师武.变压器油中溶解气体的分析与判断[J].能源研究与管理,2019(04):57-60.

[2]任双赞,吴昊,刘晓立,朱红梅,单玉涛,刘晶,韩红蕊.变压器油中溶解气体在线监测技术研究现状[J].电工技术,2020(19):86-90.

[3]汪可,李金忠,张书琦,孙建涛,王健一,高飞,程涣超.变压器故障诊断用油中溶解气体新特征参量[J].中国电机工程学报,2016,(23):6570-6578+6625.

[4]左新宇,付强.变压器油中溶解气体在线监测方法及故障判断综述[J].广东电力,2011(02):10-14.

作者简介：
    郑怡婕（1994.08—），女，汉族，广东深圳人，大专学历，技术员，主要研究方向：电力变压器绝缘油。