油中溶解氣體分析技術(shù)在變壓器故障分析中的應(yīng)用

王延爽

摘 要：變壓器作為電力系統(tǒng)設(shè)備中重要組成設(shè)備之一，對保證各電氣設(shè)備的正常運(yùn)行起到了重要作用。在電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備中，變壓器是其重要的組成部分。油中溶解氣體分析法能夠?qū)ψ儔浩髟缙诠收线M(jìn)行準(zhǔn)確診斷，有效減少了設(shè)備的事故停用率，文章主要針對DGA（油中溶解氣體分析）技術(shù)進(jìn)行了概述，并著重分析討論了其故障診斷原理。

關(guān)鍵詞：油中溶解氣體；變壓器；故障分析；診斷

作為電力系統(tǒng)各電氣設(shè)備的重要組成，變壓器被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個部位。變壓器內(nèi)部的絕緣材料以及絕緣油在運(yùn)行中會受到電流作用的影響，并在電熱環(huán)境下發(fā)生變化，逐漸分解老化，在這一過程中會產(chǎn)生含有甲烷、乙烷、乙炔、乙烯以及氫氣、一氧化碳、二氧化碳等成分的氣體。但是若是變壓器發(fā)生故障則油氣含量會發(fā)生變化，在變壓器故障過程中，絕緣油分解量會不斷加大，當(dāng)分解產(chǎn)生的氣體含量超過溶解量時，便會有游離狀態(tài)氣體被釋放出來。通過大量的實(shí)踐，變壓器在出現(xiàn)故障的初期都會出現(xiàn)一些代表性的現(xiàn)象，該類現(xiàn)象被稱為早期跡象，因此對變壓器絕緣油溶解氣體含量進(jìn)行分析能夠及時發(fā)現(xiàn)變壓器故障。

1 氣體成分的分析

變壓器內(nèi)部絕緣材料在分解時會產(chǎn)生二十余種可燃?xì)怏w以及非可燃?xì)怏w。所以分析氣體的對象選定極為重要，只有選定必要對象才能準(zhǔn)確判斷變壓器出現(xiàn)的內(nèi)部故障。目前我國在其分析對象的確定上還尚未統(tǒng)一，按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，分析對象至少為七種氣體，一般為八種至九種。當(dāng)變壓器發(fā)生故障，其特征氣體主要有以下幾種：氮?dú)狻⒀髿?、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔以及氫氣、二氧化碳、一氧化碳。上述九種氣體作為主要的故障分析氣體對象的原因在于：（1）氧氣能夠表示出脫氣程度以及設(shè)備密封性能的好壞；（2）對氮?dú)膺M(jìn)行分析主要為了對其飽和程度進(jìn)行了解；（3）二氧化碳分析則能夠充分了解設(shè)備平均溫度高低，以及掌握固體絕緣材料的老化程度如何；（4）一氧化碳則是判斷固體絕緣材料是否出現(xiàn)熱分解的重要依據(jù)；（5）而乙烷、甲烷以及乙烯的分析能夠掌握熱源溫度；（6）乙炔則能夠表示出高溫?zé)嵩匆约胺烹姴课弧?/p>

2 變壓器故障同氣體關(guān)系

變壓器故障主要分為兩種，一種是電性故障，一種則是熱性故障。對油中氣體進(jìn)行分析能夠充分了解故障點(diǎn)四周絕緣紙以及絕緣油的電分解本質(zhì)和熱分解本質(zhì)。故障類型不同、故障能量不同以及絕緣材料的不同都會造成氣體特征的差異，即故障點(diǎn)能量密度同所產(chǎn)生的氣體不飽和度有著密切聯(lián)系。例如，電性故障中，高能量放電同低能量放電所產(chǎn)生的特征氣體就不同，高能量放電中，特征氣體為乙炔以及氫氣，低能量放電故障所產(chǎn)生的氣體主要成分則是甲烷和氫氣；而熱性故障則會產(chǎn)生乙烯和甲烷。

3 診斷故障的方法

3.1 嚴(yán)重程度的診斷

在對早期變壓器故障進(jìn)行診斷分析時，不但要將氣體的含量作為主要的診斷標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)充分考慮設(shè)備故障時的產(chǎn)氣率，產(chǎn)氣率可以作為變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的故障發(fā)展趨勢的主要依據(jù)。在實(shí)際的故障分析中，主要的故障判定依據(jù)為有種溶解的氣體含量以及產(chǎn)生氣體的速率作為主要依據(jù)，若是其值超過注意值那么則判定變壓器內(nèi)部存在故障。對變壓器進(jìn)行早期故障診斷時，除考慮氣體含量外，還需考慮氣體的產(chǎn)氣率，根據(jù)產(chǎn)氣速率來判斷變壓器內(nèi)部故障的發(fā)展趨勢。實(shí)際分析時，是以油中溶解氣體含量和產(chǎn)氣速率都超過其注意值時，判定為存在故障。絕對產(chǎn)氣率可以通過以下公式得出：

Ra=[（Ci2-Ci1）/△t]m/ρ （1）

上述公式中，Ra表示絕對產(chǎn)氣率，單位為mL/d；Ci1表示第一次取樣中氣體的組分濃度值，單位為μL/L；Ci2則表示第二次取樣中氣體的組分濃度值，單位為μL/L；△t則為兩次取樣的設(shè)計間運(yùn)行時間，單位為d；m是變壓器油量的總值，單位為t；ρ則是油的密度，單位t/m3。上述計算公式中忽略了逸散損失的氣體量，但是在開放式變壓器中的產(chǎn)氣率計算中，逸散損失的氣體含量必須予以考慮，因此上述公式僅適用于隔膜密封式以及逼瘋油箱式變壓器產(chǎn)氣率的計算。

絕對產(chǎn)氣率對于故障的標(biāo)示計算操作步驟簡單方便，且能夠直接對故障的性質(zhì)以及發(fā)展程度進(jìn)行反映，因此在實(shí)際的變壓器故障分析應(yīng)用中，該種方式應(yīng)用較為廣泛，且結(jié)果較為準(zhǔn)確。

3.2 如何診斷故障類型

3.2.1 三比值法。該種方法主要是通過對三對比值對三種特征氣體進(jìn)行對比分析，將不同的比值及其范圍進(jìn)行編碼，用以對變壓器產(chǎn)生故障進(jìn)行判斷。其編碼方式如下：（1）乙炔/乙烯的氣體比值范圍小于0.1時，其編碼為0；比值范圍為0.1～1時編碼為1；比值范圍大于1小于3時，編碼為1；比值范圍大于3則編碼為2。（2）甲烷/氫氣。當(dāng)比值范圍小于0.1，則編碼為1；比值范圍為0.1～1時編碼為0；比值范圍大于1小于3時，編碼為2；比值范圍大于3則編碼為2。（3）乙烯/乙烷。當(dāng)比值范圍小于0.1，則編碼為0；比值范圍為0.1～1時編碼為0；比值范圍大于1小于3時，編碼為1；比值范圍大于3則編碼為2。

對于故障類型的判斷方法分析如下：

（1）低溫過熱，且低溫低于150℃，上述氣體的編碼按照順序分別為0，0，1；

（2）低溫過熱，即低溫范圍為150至300℃之間，上述氣體編碼按順序分別為0，2，0；

（3）中溫過熱，即溫度范圍大于300℃小于700℃，編碼分別為0，2，1；

（4）高溫過熱，即溫度高于700℃，此時編碼為0，0、1、2，2；

（5）局部放電，出現(xiàn)該類故障時，編碼分別為0，1，0；

（6）低能放電，編碼為2，0、1，0、1、2；

（7）低能放電且過熱，該故障時編碼為2，2，0、1、2；

（8）電弧放電，此時編碼分別是1，0、1，0、1、2；

（9）電弧放電且過熱，故障編碼分別是1，2，0、1、2。

需要注意的是，只有氣體以及產(chǎn)氣率超標(biāo)才能使用該方法判斷故障，若是上述指標(biāo)正常，則無法通過該方式進(jìn)行故障判斷。

3.2.2 三比值法的不足。此方法可以簡單、有效的判斷變壓器的故障，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些不足。例如“編碼盲點(diǎn)”問題，對于有些編碼，找不到對應(yīng)的故障；對于復(fù)合故障的判別，也不令人滿意；而且，三比值法只能大致判斷出故障的性質(zhì)，無法確定故障發(fā)生的部位，因而無法提出具有針對性的維修措施以迅速排除故障。

4 變壓器故障診斷步驟

根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行內(nèi)部故障診斷時，應(yīng)按如下思路進(jìn)行診斷：判斷有無故障；判斷故障類型：如低溫過熱、高能量發(fā)電等；診斷故障的狀況：故障功率、故障源面積、故障點(diǎn)部位、嚴(yán)重程度等；提出處理措施：如能否正常運(yùn)行，繼續(xù)運(yùn)行能否保證設(shè)備本身的安全性，或是否需要停運(yùn)檢修等。當(dāng)通過氣相色譜儀分析得出油中氣體含量數(shù)據(jù)之后，建議按圖1進(jìn)行變壓器內(nèi)部狀況的診斷。

5 結(jié)束語

油中溶解氣體分析的目的是用來檢測變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，了解故障發(fā)生的原因、類型和嚴(yán)重程度，并預(yù)測設(shè)備的未來狀態(tài)。但造成油中溶解氣體增長的原因多種多樣，如有時油中故障特征氣體的產(chǎn)生與運(yùn)行和檢修有關(guān)。所以，根據(jù)氣體分析判斷變壓器可能存在故障時，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他相關(guān)實(shí)驗以及運(yùn)行檢修進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，并綜合外部檢查等手段。不僅能夠有效明確故障的確切類型，同時也能夠找出故障點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]耿基明，郭曉峰.應(yīng)用變壓器油色譜分析判斷變壓器故障[J].變壓器，2006，11.

[2]甄利.變壓器油中乙炔含量超標(biāo)原因分析[J].變壓器，2002，9.

[3]咸日常.大型變壓器故障的氣相色譜綜合分析[J].變壓器，2003，4.