淺談變壓器油中溶解氣體判斷變壓器早期故障

□劉 彬

(沈陽(yáng)華美變壓器制造有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110131)

淺談變壓器油中溶解氣體判斷變壓器早期故障

□劉 彬

(沈陽(yáng)華美變壓器制造有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110131)

結(jié)合分析變壓器油中溶解的氣體判斷變壓器中可能存在的故障。油色譜分析是對(duì)變壓器油中溶解的氣體的成份、含量、產(chǎn)氣速率進(jìn)行分析，它對(duì)變壓器潛在故障的發(fā)現(xiàn)具有早期有效性，并能判斷變壓器是否正?；蚴枪收系念悇e。

變壓器；油色譜分析；故障判斷

變壓器內(nèi)部的故障主要是機(jī)械、局部過(guò)熱和放電，對(duì)變壓器的安全運(yùn)行產(chǎn)生非常大的威脅。這些故障最終體現(xiàn)都會(huì)使故障點(diǎn)周?chē)淖儔浩饔图肮腆w絕緣材料氧化分解并產(chǎn)生氣體,這些氣體大部分溶解于變壓器油中或懸浮在絕緣材料的氣隙中。通過(guò)油的色譜分析法對(duì)運(yùn)行中油樣進(jìn)行溶解氣體的成分及含量的分析，根據(jù)其氣體組成成份及含量來(lái)判斷變壓器的潛在故障及其性質(zhì)。

1 變壓器油的組成和氣體形成的原因

變壓器油從天然石油中提取，并經(jīng)過(guò)蒸餾、精煉獲得的一種礦物油，它的化學(xué)成份是一種碳?xì)浠衔飿?gòu)成的混合物質(zhì)，基本由C、H分子構(gòu)成。當(dāng)變壓器發(fā)生放電或過(guò)熱故障會(huì)造成一部分C-H，C-C分子鍵斷裂，會(huì)使部分氫原子分解出來(lái)，同時(shí)也會(huì)分解出部分碳?xì)浠衔铮捎谒鼈兎浅；钴S并且具有不穩(wěn)定性，所以再經(jīng)歷一系列的化學(xué)反應(yīng)后會(huì)重新組合，最終導(dǎo)致氫氣及部分低烴類氣體的形成。

通過(guò)離子反應(yīng)造成最薄弱的鍵C-H鍵（338KJ/ mol）斷裂，這種情況所需的能量局部放電就可以產(chǎn)生。但對(duì)于相對(duì)穩(wěn)定的鍵C-C鍵的裂解則需要比較高的能量和溫度，故障造成的高能量和高溫度會(huì)迅速的使碳原子以多種形似（C-C鍵、C=C鍵、C≡C鍵）經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)重新行成烴類氣體，在這個(gè)進(jìn)程中都需要溫度和能量逐漸增加來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如：乙炔的形成，要求溫度是大于500℃（大于甲烷和乙烷的形成溫度），它的形成溫度一般在800℃～1200℃（雖然在較低溫度時(shí)也有少量也可形成），而且溫度低于500℃或下降時(shí)，乙炔的形成會(huì)馬上減弱，作為非常穩(wěn)定的化合物存在，并且累積。因此，故障形成的乙炔大部分是在電弧的弧道中形成的。不過(guò)但溫度低于800℃時(shí)候，在特定的條件下也會(huì)有少量的乙炔形成。當(dāng)變壓器油的氧化時(shí)，形成的少量CO和CO2通過(guò)長(zhǎng)期的累積也會(huì)成為數(shù)量顯著的特征氣體。同時(shí)油在500℃～800℃可能會(huì)碳化生成碳粒。在變壓器潛在故障發(fā)生的時(shí)候，所形成的氣體基本上都存在于變壓器油中；但當(dāng)故障進(jìn)行較快或是較嚴(yán)重時(shí)，同樣可以匯聚很多氣體。所形成碳質(zhì)顆粒物、固化物和聚合物會(huì)聚集在變壓器的內(nèi)部。

變壓器內(nèi)部的絕緣材料，如：絕緣紙板、層壓木板等，因其內(nèi)部化學(xué)成份原因，在分解絕緣材料分子時(shí)，它們的熱穩(wěn)定性比油中的碳?xì)滏I還要脆弱，重新化合在較低溫度和能量下就可進(jìn)行。其中的聚合物非常脆弱，在超過(guò)105℃時(shí)會(huì)就可以發(fā)生裂解，當(dāng)達(dá)到300℃時(shí)就會(huì)被完全裂解及碳化，同時(shí)會(huì)形成水和CO、CO2及部分烴類特征氣體。

2 變壓器油色譜分析方法診斷的基本過(guò)程

2.1 通過(guò)油色譜分析特征氣體的組分及含量

當(dāng)H2、C2H2、總烴有一項(xiàng)超過(guò)臨界值的20%以上，應(yīng)先根據(jù)相應(yīng)情況作出初步判斷，如：特征氣體為乙炔，初步判斷電弧或火花放電；氫氣含量很大，初步判斷有進(jìn)水受潮的可能；總烴中烷烴和烯烴過(guò)量而炔烴很小或無(wú)，初步判斷為過(guò)熱。

2.2 計(jì)算特征氣體的產(chǎn)生速率，判斷故障發(fā)展的速度

2.3 分析氣體成分含量，通過(guò)三比值法計(jì)算，判斷故障

3 變壓器故障分析判斷

綜合氣體的形成原理，實(shí)踐中常用的變壓器故障分析及判斷主要采用以下兩個(gè)方法：

3.1 特征氣體法

變壓器故障對(duì)應(yīng)油色譜氣體組成成份總結(jié)如下：

表1

3.2 三比值法

三比值法是近些年常用的變壓器故障判斷方法，它主要是通過(guò)分析變壓器內(nèi)油及絕緣材料在故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)故障點(diǎn)周?chē)纬蓺怏w（油色譜分析）組分含量的相對(duì)濃度與溫度的特殊關(guān)系，選出二種性質(zhì)相近的氣體組分組成三結(jié)比值，通過(guò)特殊編碼顯示；根據(jù)表2的編碼規(guī)則和表3故障類型判斷方法作為診斷故障性質(zhì)的依據(jù)。這種方法規(guī)避了很多客觀因素，是比較有效的方法。

表2 編碼規(guī)則

結(jié)束語(yǔ)

變壓器正常運(yùn)行時(shí)造成的絕緣油老化在通常情況下所產(chǎn)生的氣體都不會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)臨界值。因此定期檢測(cè)變壓器油樣，采用油色譜分析特征氣體成份、含量、產(chǎn)氣速率和三比值法并進(jìn)行對(duì)比，在檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況，并對(duì)于變壓器運(yùn)行早期可能潛在的故障進(jìn)行排查有著重要的參考意義。

表3 故障類型判斷方法

1004-7026（2016）17-0062-02

TM4

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.17.050