變壓器油色譜分析及故障判斷

【摘 要】在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展的過程中，油中溶解氣體分離技術(shù)能夠有效地在檢測變壓器的故障，延長變壓器的使用壽命，確保變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定與安全等方面起到良好的作用。通過對(duì)變壓器油的色譜進(jìn)行分析，可以預(yù)判它所潛在的故障與威脅。本文主要是對(duì)變壓器油的色譜進(jìn)行科學(xué)分析，并探討它的實(shí)際應(yīng)用情況。

【關(guān)鍵詞】變壓器油；色譜分析；應(yīng)用；研究

目前，很多變壓器的故障都是由于油流帶電為引起的。在變壓器運(yùn)行的過程中，為了確保它的穩(wěn)定與安全，必須充分地發(fā)揮變壓器油冷卻與絕緣以及降低材料含氧度的功效。只有保證了油的質(zhì)量，才能將它的上述功效充分發(fā)揮出來。因此，這就需要對(duì)變壓器油的色譜進(jìn)行科學(xué)分析，并且再結(jié)合油中所存在的微量金屬，來判斷變壓器的故障問題。

1、色譜分析的理論依據(jù)

對(duì)變壓器油的色譜分析，已逐漸成為檢測變壓器潛在故障與威脅，保證它實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定與安全的最重要的手段與方法之一。

眾所周知：絕緣油是由H2、CO、CO2、烴類等成分組成的混合物。變壓器在實(shí)際的運(yùn)行過程中，其中有少量的烴類分子與一氧化碳、二氧化碳等氣體，會(huì)隨著絕緣油與絕緣材料的老化而逐步被分解出來。同時(shí)，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，其初期會(huì)分解出各種氣體，溶解于變壓器油中，當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，也可能聚集成游離氣體。各種氣體產(chǎn)生的條件不同，如局部放電，通過離子反應(yīng)、斷裂主要生成H2，通過積累重新化合成甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等氣體，上述的氣體所產(chǎn)生的數(shù)量與速度會(huì)明顯的增多與加快。一般說來，乙烯是在高于甲烷和乙烷的溫度（大約5000c）下生成的，乙炔一般是在800—1200℃的溫度下生成的，而且當(dāng)溫度降低時(shí)反應(yīng)被迅速抑制，作為重新化合的產(chǎn)物而積累。因此，大量的乙炔是在電弧中產(chǎn)生的。在變壓器油與空氣起氧化反應(yīng)時(shí)，伴隨生成CO、CO2：，并且CO和CO2能長期積累，成為數(shù)量顯著的氣體。這時(shí)，分解出來的氣體會(huì)形成氣泡，從而不斷地被變壓器油所溶解。如果在此過程中，變壓器突然發(fā)生故障，氣泡的產(chǎn)生量又比它的被溶解量大，那么在變壓器的氣體繼電器中就會(huì)產(chǎn)生一定量的氣體。而氣體積累到一定程度的時(shí)候，氣體繼電器就會(huì)隨之出現(xiàn)故障。在發(fā)生故障的前期，鑒于溫度還較低，其產(chǎn)生氣體的數(shù)量與速度也不會(huì)那么多，那么快，這時(shí)，如果可以及時(shí)地對(duì)變壓器油中的氣體各要素進(jìn)行有效分析，再結(jié)合油中含有的微量金屬，就能夠檢查出影響變壓器發(fā)生故障的潛在威脅。而我們所說的色譜分析，就是通過利用氣相色譜儀，來分析各氣體的組成、構(gòu)造與含量等要素。

2、色譜分析的條件

在具體的操作中，分離的效果是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)就取決于色譜的條件是否選擇適宜。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，分離時(shí)，該電力系統(tǒng)專用氣相色譜儀采用雙柱并聯(lián)分流系統(tǒng)，配有TCD和雙FID及甲烷轉(zhuǎn)化爐，進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)油中溶解氣體九組分（H2、O2、N2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO、CO2）的全分析。氣相色譜儀中有單氣路和雙氣路之分一般是指熱導(dǎo)檢測器，熱導(dǎo)檢測器正常工作的時(shí)候，需要一路氣做比較氣，常稱作為參比氣，另外一路氣做樣品，這樣兩路氣同時(shí)有閥件獨(dú)立提供，兩路氣體在調(diào)節(jié)和使用時(shí)互不干擾，是并聯(lián)方式的氣路，這就是雙氣路，但在工作中，由于成本，氣路復(fù)雜性，樣品的復(fù)雜性等等眾多原因，在使用中，常常會(huì)將兩路氣體的流動(dòng)串聯(lián)成單路流動(dòng)，只有一路閥件控制兩路氣。這樣的作法，結(jié)果是損失了一些S值，但我們所測含量是百分含量或者是千分含量，這樣對(duì)結(jié)果就沒有影響了。所以我們也就選擇了雙氣路。

3、色譜分析的方法

對(duì)變壓器油色譜分析的主要方法有：①特征氣體法，就是一一分析所有的氣體的組成、結(jié)構(gòu)、含量等要素，雖然看起來該方法的操作很復(fù)雜、繁瑣，但是他能夠提高變故器故障判斷的準(zhǔn)確性、可靠性以及有效性；②產(chǎn)氣速率法，在對(duì)氣體的各要素進(jìn)行分析的時(shí)候，除了分析氣體組成含量的絕對(duì)值之外，還要觀察它們的發(fā)展趨勢(shì)，即觀察它們的產(chǎn)氣速率，該方法能夠有效地判斷出突發(fā)性的故障，但是它的操作很繁瑣，必須牢牢掌握氣體的不斷變化的情況；③比值法，顧名思義就是通過分析不同氣體之間的比例關(guān)系，來進(jìn)行色譜分析，該方法比較直觀，但同時(shí)誤差也會(huì)比較大。

4、色譜分析的應(yīng)用情況

在變壓器油的色譜分析中，通過結(jié)合油中所含量的微量金屬，可以準(zhǔn)確、合理地判斷出故障的類型以及部位與程度。我們可以了解變壓器在發(fā)生電弧放電、短路故障、線圈變形或鐵芯受損等故障時(shí)油中氣體成分的含量的變化以及故障類型的判斷方法。其他試驗(yàn)方法不可能在變壓器投運(yùn)中（即不停電的情況下）進(jìn)行，而色譜分析的試驗(yàn)對(duì)象為油樣，取油樣時(shí)無需停電，這是其他試驗(yàn)項(xiàng)目無法做到的。特別是有時(shí)由于生產(chǎn)的需要在故障現(xiàn)象不明顯時(shí)，這時(shí)就需要在不停電的情況下利用色譜分析進(jìn)行隱患分析，當(dāng)色譜分析有潛在故障時(shí)，再停電結(jié)合其他試驗(yàn)做進(jìn)一步的分析，以求將隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

色譜分析結(jié)果顯示總烴、甲烷、乙炔、乙烯、氫氣、乙烷、一氧化碳等所有氣體含量都嚴(yán)重超標(biāo)，立即向上級(jí)匯報(bào)將變壓器停運(yùn)。讓變壓器檢修班的同事們立刻趕到現(xiàn)場對(duì)變壓器做了檢查，判斷由于有載調(diào)壓開關(guān)下部螺絲上孔滲油到主變本體內(nèi)而引起的特征氣體含量突然增高，可能是變壓器鐵心有漏磁現(xiàn)象，而局部放電短路，或?qū)娱g絕緣不良，鐵心多點(diǎn)接地放電等原因產(chǎn)生的氣體積累，在變壓器帶有大負(fù)荷時(shí)發(fā)熱而釋放出來的。在跟蹤試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的變壓器內(nèi)部缺陷，為了防止變壓器內(nèi)部缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大而造成變壓器損壞，給電力系統(tǒng)安全帶來不利。經(jīng)研究為了整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行決定2010年11月12日更換了此變壓器。

5、結(jié)語

色譜分析在判斷運(yùn)行中的變壓器工況的重要作用，并且只要做好歷史記錄根據(jù)歷史記錄可以清晰準(zhǔn)確地反映出變壓器的狀況是否良好，或是否存在隱患。為了能夠讓色譜分析在檢測變壓器故障中發(fā)揮應(yīng)有的作用，我們必須要對(duì)它進(jìn)行更深層次地分析與思考，在實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以此來促進(jìn)自身的發(fā)展。

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