變壓器故障分析診斷中油色譜分析技術(shù)的應(yīng)用

摘 要：隨著我國(guó)工業(yè)科技的快速發(fā)展，對(duì)于電力行業(yè)來(lái)說(shuō)，變壓器是輸電系統(tǒng)的重要組成部門，變壓器設(shè)備的優(yōu)劣直接決定了輸電系統(tǒng)的質(zhì)量。為了保障整個(gè)供電網(wǎng)的正常運(yùn)行，需要對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行正確的判斷，對(duì)于發(fā)生的故障應(yīng)及時(shí)做出反應(yīng)。在變壓器的運(yùn)行狀態(tài)分析中，油色譜分析技術(shù)是主要的分析途徑。對(duì)油色譜的變化規(guī)律進(jìn)行分析和總結(jié)，對(duì)于判斷和檢測(cè)故障有重要的作用。

關(guān)鍵詞：變壓器故障；分析診斷；油色譜分析技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）27-0050-02

大型變壓器是供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，變壓器運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)估水平、正確判斷和解決故障，可以直接影響到整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)。

現(xiàn)階段，我國(guó)在供電行業(yè)中運(yùn)用無(wú)人值班變電站的數(shù)量越來(lái)越多。隨著這種技術(shù)的深入發(fā)展，帶電進(jìn)行監(jiān)測(cè)作業(yè)技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)變壓器技術(shù)，得到了不同程度的推廣和運(yùn)用。對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)判斷的核心目的是記錄、分類和評(píng)價(jià)變壓器的信息。當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，可以及時(shí)根據(jù)記錄信息進(jìn)行修理，在筆者看來(lái)，運(yùn)行狀態(tài)的分析是進(jìn)行檢測(cè)修理的基礎(chǔ)。利用變壓器運(yùn)行狀態(tài)分析技術(shù)，可以實(shí)時(shí)掌握變壓設(shè)備的運(yùn)行，為供電系統(tǒng)提供早期故障的報(bào)告。

1 使用油色譜分析技術(shù)進(jìn)行變壓器分析的必要性

在運(yùn)用油色譜分析技術(shù)進(jìn)行變壓器故障判斷時(shí)，需要先從處于運(yùn)行狀態(tài)的變壓器本體中抽取油樣，然后對(duì)油樣中所包含的氣體進(jìn)行分離分類，最后根據(jù)分析出來(lái)的結(jié)果報(bào)告來(lái)進(jìn)行變壓器運(yùn)行狀態(tài)的判斷。一般情況下，可以得出變壓器故障的原因以及故障類別。當(dāng)變壓器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其中的油樣應(yīng)當(dāng)只含有較少的一氧化碳、二氧化碳、氧氣和氮?dú)獾瓤諝獬Ｒ娢镔|(zhì)。當(dāng)變壓器處于故障狀態(tài)時(shí)，油樣中的物質(zhì)會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和烴類氣體，這種故障一般是由變壓器內(nèi)部溫度過(guò)高、受潮和放電反應(yīng)導(dǎo)致的。

在進(jìn)行故障判斷時(shí)，通常是將產(chǎn)生的烴類氣體提取出來(lái)，進(jìn)行油樣色譜分析。這種分析方式能為供電系統(tǒng)提供早期的變壓器故障報(bào)告，是保障變壓器正常運(yùn)行的重要方式。當(dāng)變壓器內(nèi)部的油樣出現(xiàn)上述問(wèn)題時(shí)，此時(shí)的機(jī)械故障還屬于初級(jí)階段，不會(huì)對(duì)供電質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，所以不能用電氣試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。與電氣試驗(yàn)相比，油色譜分析法就更為實(shí)用，它能準(zhǔn)確、靈敏地發(fā)現(xiàn)變壓器的運(yùn)行故障問(wèn)題。這種速度是電氣試驗(yàn)不能達(dá)到的，正因?yàn)樗闹T多優(yōu)勢(shì)，能迅速、準(zhǔn)確的找到問(wèn)題，才能在電器行業(yè)大面積推廣使用起來(lái)。

2 運(yùn)用油色譜分析技術(shù)進(jìn)行變壓器故障分析

根據(jù)筆者的調(diào)查，一般情況下，變壓器內(nèi)部的故障原因可以分為兩類，一種是放電反應(yīng)，另一種是過(guò)熱反應(yīng)。在過(guò)熱反應(yīng)中，可以按照溫度的大小，分為高溫過(guò)熱、中文過(guò)熱和低溫過(guò)熱三種。在放電反應(yīng)中，可以按照性質(zhì)的不同，分為火花放電、電弧放電荷局部放電三種。

2.1 過(guò)熱反應(yīng)

產(chǎn)生過(guò)熱反應(yīng)故障的原因有三種，分別是導(dǎo)體故障、電磁路故障和觸點(diǎn)接觸不良故障。如果過(guò)熱故障沒有涉及到固體絕緣的狀況時(shí)，油樣中產(chǎn)生的氣體分子主要是相對(duì)質(zhì)量較小的烴類氣體。以甲烷這種物質(zhì)為代表，參雜有，這兩種物質(zhì)相加之和通常情況下是整個(gè)烴類氣體的80%作用。當(dāng)故障點(diǎn)的溫度比較高，一般情況下高于500 ℃時(shí)，氫氣和的含量會(huì)急劇增加。當(dāng)嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)，一般情況下溫度高于800 ℃。油樣中的含量會(huì)下降。當(dāng)故障點(diǎn)的溫度較低時(shí)，甲烷的含量最多。如果涉及到固體絕緣，產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象時(shí)，油樣中產(chǎn)生的氣體除了上述說(shuō)的之外，還有一氧化碳和二氧化碳。

2.2 放電故障

對(duì)于放點(diǎn)故障來(lái)說(shuō)，可以分為火花放電、電弧放電和局部放電三種。

①火花放電。這種放電現(xiàn)象主要是由一種間歇性的放電故障引起的。按放電能量來(lái)劃分，屬于低能放電的范疇，油樣中產(chǎn)生的氣體總烴量較低。氣體的主要成分是和氫氣，緊隨其后的是甲烷和。間歇性放電故障包括幾種，按照性質(zhì)來(lái)劃分，大致可以分成開關(guān)撥叉懸浮電位放電、鐵芯接地不良引發(fā)的懸浮電位放電等。

②電弧放電。這種放電現(xiàn)象主要是由于層間和現(xiàn)匝之間絕緣被擊穿、過(guò)電壓引發(fā)變壓器內(nèi)部閃絡(luò)、分接開關(guān)飛弧、電容屏被擊穿等原因。在這種故障現(xiàn)象中，油樣的主要成分是氫氣，緊隨其后的是甲烷。

③局部放電。這種放電現(xiàn)象主要是由于絕緣材料內(nèi)部被電流擊穿，造成局部短路的放電現(xiàn)象，按照性質(zhì)來(lái)劃分，可以分為油中氣泡放電和氣息放電兩種。產(chǎn)生這種放電現(xiàn)象的主要原因是外界環(huán)境過(guò)于潮濕，使變壓器設(shè)備受潮，或者是變壓器在生產(chǎn)過(guò)程中，工藝不精和維護(hù)工作錯(cuò)誤引起的。在這種故障現(xiàn)象中，油樣的主要成分是氫氣，緊隨其后的是甲烷。

3 產(chǎn)生故障的原因

3.1 故障分析

基于上述所說(shuō)的相關(guān)規(guī)定，油色譜分析技術(shù)的數(shù)據(jù)主要有兩類，第一類是特征氣體的產(chǎn)生速度，產(chǎn)生氣體的速度可以分為相對(duì)產(chǎn)氣體速率和產(chǎn)氣體速率。另一種是特征氣體在油樣中的含量，接下來(lái)以筆者調(diào)查的某單位為例來(lái)分析故障原因。筆者將兩種數(shù)據(jù)特征氣體含量總結(jié)歸納見表1。

特征氣體的產(chǎn)生速率的單位是ml/d，通過(guò)這個(gè)計(jì)量單位我們可以知道，產(chǎn)生速率就是某個(gè)特征氣體一天之內(nèi)的平均值。這種計(jì)算公式如下：

？酌？駐=■

公式中，C2-C1是兩次抽取油樣中氣體的含量，cm3；

？駐L是兩次抽取油樣的時(shí)間間隔，d；

M代表變壓器中設(shè)備的總體油量，ml；

？籽代表油的密度，是一個(gè)固定常數(shù)。

此單位產(chǎn)生特征氣體的絕對(duì)速率注意值總結(jié)見表2。

產(chǎn)生氣體的速率，也就是每個(gè)月內(nèi)油量中某個(gè)特征氣體的含量增加的值，與原來(lái)的含量值報(bào)分?jǐn)?shù)的平均值，計(jì)算公式如下：

？酌？駐=■×■×100%

其中，C2和C1是兩次取樣的氣體含量，cm3；？駐L是兩次取樣的時(shí)間間隔，d。

3.2 故障判斷

根據(jù)上述所說(shuō)的特征性氣體含量的分析，我們可以進(jìn)行故障性質(zhì)判斷。

①這個(gè)電廠車間如果變壓器內(nèi)部的油樣中氫氣的含量較高，根據(jù)上述所說(shuō)的判斷方法，可以得出，變壓器主要是受外部潮濕的影響。

②這個(gè)變壓器油樣中如果總體烴類含量中，甲烷占據(jù)的比重較大。除此之外，還摻雜有氫氣的產(chǎn)生，根據(jù)上述所說(shuō)的判斷方法，我們可以得出，這種故障原因?qū)儆诘湍芰?、低密度的放電故障。站在放電類別的角度來(lái)論述，屬于局部放電范疇。

③這個(gè)變壓器油樣中如果產(chǎn)生的氣體中存在乙烷，根據(jù)上述所說(shuō)的判斷方法，可以得出這種故障現(xiàn)象屬于火花放電和電弧放電故障。

④這個(gè)變壓器油樣中如果產(chǎn)生的氣體中乙烷的含量較高，根據(jù)上述所說(shuō)的判斷方法，可以得出這種故障現(xiàn)象屬于過(guò)熱性故障的范疇。

⑤這個(gè)變壓器油樣中如果產(chǎn)生的氣體中一氧化碳和二氧化碳的含量較高，那么基于故障分類來(lái)說(shuō)，有以下幾種原因：

第一種可能屬于電故障和熱故障部位中絕緣介質(zhì)參雜了進(jìn)去。這樣就會(huì)使油樣中出現(xiàn)一氧化碳和二氧化碳。

第二種可能是變壓器處于運(yùn)行過(guò)程中，油樣吸收了空氣中的二氧化碳。

第三種可能是絕緣物質(zhì)發(fā)生老化現(xiàn)象，或者是油樣中發(fā)生了氧化反應(yīng)，促使油樣中一氧化碳和二氧化碳的含量處于較高的狀態(tài)。

應(yīng)當(dāng)注意的是，上述筆者對(duì)于一氧化碳和二氧化碳的含量沒有進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)定，注意值也沒有同意，這只是一種粗略的規(guī)定方式。對(duì)于開放式的變壓器來(lái)說(shuō)，油樣中二氧化碳的含量不超過(guò)300 ml/l時(shí)，就證明變壓器處于正常運(yùn)行的狀態(tài)。對(duì)于使用時(shí)間較長(zhǎng)的變壓器來(lái)說(shuō)，在較為惡劣的環(huán)境下，變壓器油樣中一氧化碳和二氧化碳值稍稍高出標(biāo)準(zhǔn)值，這屬于正?，F(xiàn)象。

4 結(jié) 語(yǔ)

變壓器運(yùn)用了油色譜分析技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)處于運(yùn)行狀態(tài)中變壓器內(nèi)部是否處存在潛在的運(yùn)營(yíng)故障因素來(lái)說(shuō)，具有很重要的作用。在筆者看來(lái)，油色譜分析技術(shù)是保障變壓器運(yùn)營(yíng)安全的重要途徑，但是油色譜分析技術(shù)同樣具有不全面型，所以不能單憑這種分析技術(shù)來(lái)判斷變壓器故障類型。在判斷時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)考慮檢修狀態(tài)和電氣試驗(yàn)結(jié)果的因素，將三者綜合起來(lái)利用，才能對(duì)變壓器故障類型做出較為完善的分析結(jié)果。

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