變壓器油色譜分析及其故障判斷研究

朱苗

摘要：21世紀(jì)以來，我國的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，我國的科學(xué)技術(shù)水平也日益提高。利用對(duì)變壓器油的色譜分析對(duì)變壓器進(jìn)行故障判斷是一種新型的、科學(xué)的對(duì)變壓器故障的診斷方法，是技術(shù)的一次革新。文章就變壓器油色譜分析及其故障判斷進(jìn)行了研究和探討。

關(guān)鍵詞：變壓器；油色譜分析；故障判斷；故障類型；電力輸送 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM855 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.076

變壓器在電力輸送過程中扮演著非常重要的角色，起到了非常重要的作用，所以變壓器的安全問題與電網(wǎng)的安全息息相關(guān)，因此保證電壓器正常工作是電力工人工作的重中之重，對(duì)電壓器的故障判斷也必須準(zhǔn)確。油色譜分析方法能夠通過對(duì)變壓器油的分析，準(zhǔn)確地判斷出變壓器內(nèi)部的部位和原因。

1 變壓器油色譜分析的原理

變壓器油本身是一種礦物質(zhì)油，它是通過對(duì)石油進(jìn)行分離而得來的。變壓器油里含有一些有機(jī)絕緣材料和礦物絕緣油，是一種絕緣性油，在變壓器的運(yùn)行中起著重要作用。在變壓器正常運(yùn)行的過程中，絕緣油和固體絕緣的老化現(xiàn)象其實(shí)屬于正常的消耗問題，這屬于正?，F(xiàn)象。但是在使用過程中，隨著油和固體絕緣體的磨損、逐漸老化、變質(zhì)，會(huì)分解出少量的氣體，這些氣體主要由H2（氫氣）、CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）CH4（甲烷）、C2H6（乙烷）、C2H4（乙烯）、C2H2（乙炔）這七種組成。在變壓器正常運(yùn)行的時(shí)候，由于正常磨損、老化問題，逐漸的會(huì)產(chǎn)生少量的這些氣體，但是如果當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)問題，有故障時(shí)產(chǎn)生的這些氣體就會(huì)增多。不同的氣體如果增多的量不同的話，那么變壓器故障的原因就會(huì)不同，因此我們就可以對(duì)變壓器油進(jìn)行色譜分析，再根據(jù)產(chǎn)生的氣體的組成，還有所占的成分比例來判斷變壓器的故障原因和程度或者變壓器絕緣老化的程度。

油色譜分析法除了在變壓器出現(xiàn)故障后，對(duì)變壓器進(jìn)行故障判斷外，油色譜分析法還可以對(duì)變壓器進(jìn)行故障預(yù)防。電力運(yùn)行部門可以通過定期對(duì)變壓器油檢查其產(chǎn)生氣體的成分和含量來對(duì)預(yù)防變壓器內(nèi)部潛伏性故障的出現(xiàn)，判斷是否會(huì)危及變壓器的正常運(yùn)行，如果發(fā)現(xiàn)故障，也可以及時(shí)解決，做到早發(fā)現(xiàn)、早解決，防患于未然。

2 變壓器內(nèi)部故障的主要類型

2.1 變壓器過熱性故障

變壓器過熱性故障又分為固體絕緣過熱和裸金屬過熱兩類。過熱性故障的根本原因是由于設(shè)備絕緣性能變壞，變壓器油或者其他的絕緣性材料因設(shè)備過熱而裂變分解。當(dāng)變壓器發(fā)生過熱性故障時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生甲烷和乙稀氣體，這兩種氣體的含量所占比例非常大，占到總烴含量的80%以上，是產(chǎn)生的氣體的主要組分。當(dāng)變壓器內(nèi)部溫度繼續(xù)升高時(shí)，產(chǎn)生的氣體中乙烯的成分將會(huì)增加。然而判斷過熱性故障到底是由固體絕緣過熱引起的還是由裸金屬過熱引起的故障，還須根據(jù)氣體中一氧化碳和二氧化碳的含量比例來判斷。固體絕緣過熱時(shí)，這兩種氣體的含量較高，而由裸金屬過熱導(dǎo)致故障時(shí)，這兩種氣體的含量較低。

2.2 變壓器放電性故障

變壓器放電性故障一般是由于設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生放電現(xiàn)象而導(dǎo)致的設(shè)備絕緣性惡化。產(chǎn)生放電現(xiàn)象的原因也有很多種，例如電弧放電、火花放電和互感器和套管上的局部放電等。這三種放電性故障，由于故障發(fā)生的原因不同，所產(chǎn)生的氣體成分和含量也會(huì)有所不同。電弧放電時(shí)，所產(chǎn)生的氣體中，含量較多的主要是乙炔和氫氣，還有少量的甲烷和乙烯氣體產(chǎn)生；火花放電時(shí)，產(chǎn)生的氣體中一般總烴的含量不會(huì)很高，也是以乙炔和氫氣為主，其次是甲烷和乙烯氣體；局部放電產(chǎn)生氣體的特征，其主要成分是氫氣，其次是甲烷。通常氫氣占?xì)浜蜔N總量的90%以上，甲烷與烴總量之比大于90%。

2.3 變壓器絕緣受潮故障

變壓器絕緣受潮故障發(fā)生的原因一般是因?yàn)榄h(huán)境潮濕或者變壓器中進(jìn)水，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部設(shè)備潮濕、受潮。在這種情況下，產(chǎn)生的氣體特征是，其主要成分是氫氣，其他氣體則都沒有明顯的增多變化。

3 變壓器油的色譜分析與故障判斷

變壓器油的色譜分析的原理就是根據(jù)變壓器發(fā)生的故障不同時(shí)所產(chǎn)生的特征氣體成分和含量的不同，利用色譜分析對(duì)變壓器的故障進(jìn)行判斷。表1是幾種根據(jù)特征氣體判斷變壓器故障類型的情況：

絕緣油和絕緣紙是變壓器的主要絕緣材料，由表1可知，變壓器的故障類型主要是由變壓絕緣油或者絕緣紙?jiān)诓煌闆r下分解產(chǎn)生的氣體不同，還有變壓器設(shè)備本身受潮而導(dǎo)致的故障。下面我們就來分析一下不同故障類型的判斷方法：

3.1 過熱性故障

由表1可知，當(dāng)絕緣油過熱時(shí)，產(chǎn)生的特征氣體主要是甲烷，次要?dú)怏w是乙烯；絕緣油和絕緣紙嚴(yán)重過熱時(shí)，產(chǎn)生的特征氣體主要有甲烷、乙烯、一氧化碳和二氧化碳，還有氫氣和乙烷這兩種次要?dú)怏w。

3.2 放電性故障

由表1可知，當(dāng)變壓器油中出現(xiàn)火花放電故障時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要有氫氣、甲烷和乙炔氣體；當(dāng)絕緣油中電弧放電時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是氫氣、乙炔和甲烷，次要?dú)怏w組分為乙烯和乙烷；當(dāng)絕緣油和絕緣紙中都電弧放電時(shí)，產(chǎn)生的特征氣體主要是氫氣、乙炔、一氧化碳和二氧化碳，除此之外，還有少量的甲烷、乙烷和乙烯等次要?dú)怏w產(chǎn)生；當(dāng)油紙絕緣局部放電時(shí)，會(huì)放電分解出大量的氫氣和甲烷氣體，還有少量的乙炔、一氧化碳和乙烯氣體。另外，無論是哪一種放電性故障只要有固體絕緣加入時(shí)，都會(huì)有一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生。

3.3 受潮故障

當(dāng)變壓器設(shè)備進(jìn)水受潮或者油里有氣泡時(shí)，根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，這兩種情況下都會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣。設(shè)備內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，除了油中的水分和固體絕緣中存在的氣隙而發(fā)生局部放電，從而產(chǎn)生氫氣外，水分子也會(huì)在電場作用下發(fā)生電解反應(yīng)生成氫氣，還有水分與鐵發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，也會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣。因此，變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，氫氣的含量會(huì)比較高。

4 結(jié)語

總而言之，變壓器油色譜分析法是一種高效的、方便的對(duì)變壓器進(jìn)行故障判斷的方法。通過對(duì)變壓器油氣體進(jìn)行色譜分析，不僅可以有效地預(yù)防并且提早發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部潛伏性的故障，還可以根據(jù)所產(chǎn)生的氣體組分和含量不同對(duì)故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。不過在判斷變壓器故障類型時(shí)，還要根據(jù)現(xiàn)實(shí)的具體情況分析，使用合適的檢測方法，從而更加準(zhǔn)確、靈敏地對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障判斷和檢修，提高變壓器的運(yùn)行可靠性。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）