變壓器油中溶解氣體的分析與故障判斷

步長鋒

【摘要】變壓器油和纖維絕緣材料在運行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中，但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障條件時，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會出現(xiàn)早期跡象，因此，對變壓器產(chǎn)生氣體進行適當(dāng)分析即能檢測出故障。

【關(guān)鍵詞】變壓器油中溶解氣體故障判斷

隨著變壓器運行時間的延長，變壓器可能產(chǎn)生初期故障，油中某些可燃性氣體則是內(nèi)部故障的先兆，這些可燃氣體可降低變壓器油的閃點，從而引起早期故障。

變壓器油和纖維絕緣材料在運行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中，但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障條件時，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會出現(xiàn)早期跡象，因此，對變壓器產(chǎn)生氣體進行適當(dāng)分析即能檢測出故障。

一、變壓器油中的氣體類別

氣相色譜法正是對變壓器油中可燃性氣體進行分析的最切實可行的方法，該方法包括從油中脫氣和測量兩個過程。礦物油是由大約2871種液態(tài)碳氫化合物組成的，通常只鑒別絕緣油中的氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮氣（N2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9種氣體，將這些氣體從油中脫出并經(jīng)分析，證明它們的存在及含量，即可反映出產(chǎn)生這些氣體的故障類型和嚴(yán)重程度。油在正常老化過程產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油絕緣中存在局部放電時（如油中氣泡擊穿），油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫氣（H2）和甲烷（CH4）。在故障溫度高于正常運行溫度不多時，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷（CH4），隨故障溫度的升高，乙烯（C2H2）和乙烷（C2H6）逐漸成為主要物征氣體；當(dāng)溫度高于1000℃時（如在電弧弧道溫度300℃以上），油裂解產(chǎn)生的氣體中含有較多的乙炔（C2H2），如果故障涉及到固體絕緣材料時，會產(chǎn)生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。

二、如何判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)

運用五種特征氣體的三對比值判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)：

（1）C2H2/C2H4≤0.10.1

C2H4/C2H6<1時，屬變壓器已正常老化。

（2）C2H2/C2H4≤0.1CH4/H2<0.1

0.1

（3）0.1

0.1

（4）1

C2H4/C2H6>3時，有工頻續(xù)流的放電、線圈、線餅、線匝之間或線圈對地之間油的電弧擊穿。

（5）C2H2/C2H4≈30.1

C2H4/C2H6≈3時，屬低能量的放電，隨著火花放電強度的增長，特征氣體的比值逐漸增加到3，故障可能是懸浮電位體的連續(xù)火花放電或固體材料之間油的擊穿。

（6）C2H2/C2H4≤0.10.1

1

（7）C2H2/C2H4≤0.11

C2H4/C2H6<1時，屬300℃以下的低溫?zé)峁收稀?/p>

（8）C2H2/C2H4≤0.11

1

（9）C2H2/C2H4≤0.11

C2H4/C2H6>3時，屬高于700℃的高溫?zé)峁收稀?/p>

造成（7）、（8）、（9）的主要原因是由于磁通集中引起的鐵芯局部過熱，在實際中出現(xiàn)沒有包括的比值組合，可能是過熱和放電同時存在或有載調(diào)壓變壓器的切換開關(guān)油室滲漏。

三、發(fā)生內(nèi)部故障時的處理

（1）取油樣觀察，有無懸浮顆粒，有無芳香氣味等外觀檢查和油中溶解氣體的色譜分析。

（2）考察故障的發(fā)展趨勢，也就是故障點（如果存在的話）的產(chǎn)氣速率是與故障消耗能量大小，故障部位，故障點的溫度等情況有關(guān)。

（3）當(dāng)認(rèn)為變壓器內(nèi)部存在故障時，可用三比值法對故障的類型作出判斷。

（4）在氣體繼電器內(nèi)部出現(xiàn)氣體的情況下，應(yīng)該將繼電器內(nèi)氣樣的分析結(jié)果與油中取出氣體的分析的結(jié)果作比較。