變壓器油中溶解氣體的分析與故障判斷

符莉芹

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司 湖南湘西 416000）

變壓器油中溶解氣體的分析與故障判斷

符莉芹

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司湘西供電分公司 湖南湘西 416000）

當(dāng)變壓器系統(tǒng)有故障以及異常現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，變壓器油色譜會(huì)發(fā)生明顯變化。本文將變壓器油液中溶解的氣體當(dāng)作研究對(duì)象，對(duì)變壓器油中溶解的氣體含量以及成分進(jìn)行分析，并以此來(lái)判斷變壓器的故障所在，并著重闡釋了利用氣象色譜分析法判斷變壓器油存在的故障，以便確保變壓器能夠運(yùn)行的更為可靠。

變壓器油；溶解氣體；分析；故障判斷

1 引言

分析變壓器油中的氣體時(shí)主要以變壓器內(nèi)部故障對(duì)應(yīng)的關(guān)系為基礎(chǔ)，按照氣體的成分以及含量，對(duì)變壓器內(nèi)部存在的異常以及故障的類型，故障可能發(fā)展的趨勢(shì)以及具體的位置和嚴(yán)重的程度進(jìn)行判斷，并盡早對(duì)變壓器內(nèi)部潛伏性故障進(jìn)行診斷。就目前有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，利用氣體色譜分析檢測(cè)油浸式變壓器的早期故障最為有效。

2 變壓器油中故障氣體產(chǎn)生的原因和特征

變壓器油中故障氣體產(chǎn)生的主要原因是絕緣材料在受熱以及電和機(jī)械應(yīng)力作用下發(fā)生裂解，主要有熱分解和放電分解兩種形式，具體如下：

2.1 絕緣物的熱分解

一旦變壓器內(nèi)部過(guò)熱而發(fā)生故障，變壓器局部的溫度會(huì)較高，導(dǎo)致靠近熱點(diǎn)周圍的絕緣物會(huì)發(fā)熱而發(fā)生分解，并將氣體析出。變壓器油的烴分子處于300～400℃周圍時(shí)會(huì)發(fā)生斷鏈，從而逐步生成低分子的飽和氣態(tài)氫以及二氧化碳。隨著溫度的升高，絕緣油所產(chǎn)生的低分子烴的不飽和度也會(huì)越來(lái)越高，同時(shí)伴有各類烯烴和炔生成，不同種類的烴類和氫氣含量也會(huì)不斷增加；在空氣中對(duì)變壓器內(nèi)的油浸絕緣紙進(jìn)行加熱分解時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一氧化碳以及二氧化碳等產(chǎn)物，其次會(huì)產(chǎn)生氫氣以及氣態(tài)氫等氣體，而其它的固體絕緣材料發(fā)生熱解氣體的主要成分有一氧化碳和甲烷，其次為少量的低分子氣態(tài)烴，跟絕緣紙和變壓器油相比，固體絕緣材料更容易產(chǎn)生乙炔。

2.2 絕緣物的放電分解

變壓器油分解時(shí)產(chǎn)生氣體的組成成分很大程度上取決于放電能量的高低。通常情況下，放電能量越低，產(chǎn)生的氣體中氫氣的含量就越多，其次就是甲烷和乙烯等分子較低的氣態(tài)烴。放電能量越高，還會(huì)伴有乙炔產(chǎn)生，含量也會(huì)越來(lái)越多。如果在油中有一氧化碳和二氧化碳產(chǎn)生，固體絕緣物不同，這兩種氣體的含量也有所不同。

3 判斷油中溶解的氣體成分

變壓器內(nèi)部零部件有故障發(fā)生導(dǎo)致有新故障發(fā)生時(shí)，變壓器油產(chǎn)生氣體的速度以及產(chǎn)生氣體的量會(huì)明顯的加快。所以分析變壓器油中溶解氣體能夠?qū)ψ儔浩鲀?nèi)部的故障進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 變壓器油中的氣體類別和故障類型

根據(jù)變壓器運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)以及有關(guān)資料表明，對(duì)變壓器油中可燃性氣體進(jìn)行分析比較實(shí)用的方法就是氣相色譜分析法，利用此方法一般包含脫氣以及測(cè)量?jī)蓚€(gè)過(guò)程，礦物油普遍由3000種液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成，利用色譜分析法對(duì)變壓器油中的甲烷、乙烷、乙炔、乙烯以及氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、二氧化碳等氣體進(jìn)行辨別，并從變壓器油中將這些氣體分離出來(lái)，利用色譜分析法對(duì)其的含量進(jìn)行檢測(cè)，從而判斷故障類型以及嚴(yán)重程度。當(dāng)變壓器油發(fā)生正常老化時(shí)會(huì)產(chǎn)生一氧化碳以及二氧化碳兩種氣體；變壓器線圈、引線中存在的局部放電，變壓器油會(huì)被電弧分解，而產(chǎn)生氫氣和甲烷；當(dāng)變壓器的局部溫度較高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生甲烷，而溫度越來(lái)越高，主要?dú)怏w會(huì)變?yōu)橐彝楹鸵蚁?；?dāng)故障點(diǎn)的溫度達(dá)到1000℃時(shí)，變壓器油會(huì)裂解成乙炔；而當(dāng)變壓器內(nèi)部固體絕緣材料出現(xiàn)故障后，會(huì)產(chǎn)生較多的一氧化碳以及二氧化碳，一旦變壓器內(nèi)部受潮后，變壓器油中不但會(huì)有水份存在，固體絕緣材料中存在的氣體會(huì)發(fā)生局部放電現(xiàn)象，而產(chǎn)生較多的氫氣。

3.2 提取變壓器油樣的方式

在對(duì)變壓器油中溶解氣體進(jìn)行色譜氣相分析時(shí)，需要對(duì)油樣進(jìn)行準(zhǔn)確的提取，具體的操作方式如下：

（1）在抽取變壓器的油樣時(shí)，要先對(duì)變壓器的油樣活門進(jìn)行清潔，并在油樣活門出反復(fù)放油三次，從油樣活門處進(jìn)行取油。

（2）抽取變壓器油中的油樣時(shí)，使用的器皿或者清潔的醫(yī)用玻璃注射器具有較好的密閉性，也可以將清潔的軟管一端套在按照（1）處理過(guò)的油樣活門上，并將油樣活門上的密封螺釘，便于變壓器油能夠緩慢的流出軟管，并將軟管內(nèi)壁的臟物沖洗出來(lái)，而后在注射器的入口處套上軟管的另一端，當(dāng)器皿處于變壓器油靜壓力下能夠自行進(jìn)入注射器，完成油樣取樣后，將油樣活門的密封螺釘關(guān)閉，再把注射器取下，而后封閉好端口。

（3）放置的變壓器油樣位置要注意保持避光以及低溫，并做好標(biāo)簽，盡快的分析色譜氣相，從而能夠得到更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

4 變壓器油中溶解氣體分析注意事項(xiàng)

由于變壓器油中溶解氣體會(huì)受變壓器的結(jié)構(gòu)、故障部位以及故障嚴(yán)重程度的影響，所以必須要將所有的特點(diǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，應(yīng)用色譜分析法時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）為了避免產(chǎn)生誤判，需要對(duì)油中的溶解氣體進(jìn)行確認(rèn)，分析是由變壓器內(nèi)部產(chǎn)生故障還是外部因素造成的，不但要將變壓器油中溶解氣體成分含量的絕對(duì)值考慮在內(nèi)，還要考慮到溶解氣體的濃度注意值，如果化驗(yàn)的結(jié)果為注意值時(shí)，要做好追蹤分析工作，查明溶解性氣體故障所在。而變壓器、互感器油中溶解氣體含量的注意值如表1所示。

表1 變壓器、互感器油中溶解氣體含量的注意值

（2）對(duì)于色譜分析結(jié)果有異常的運(yùn)行變壓器，要經(jīng)常性的做好檢測(cè)分析工作，比較并分析檢測(cè)的數(shù)據(jù)，算出跟蹤分析的周期以及頻度，對(duì)歷史數(shù)據(jù)變化的規(guī)律以及趨勢(shì)進(jìn)行對(duì)比，并判斷變壓器是否需要立即停運(yùn)。所以，要進(jìn)行多次的色譜分析，從而確保色譜分析的正確性。

（3）絕緣油中一旦有乙炔出現(xiàn)，盡管乙炔的值低于規(guī)定的5μL/L時(shí)也要引起高度的重視，而當(dāng)無(wú)法判斷乙炔產(chǎn)氣速率高或含量不斷上升的原因時(shí)，未對(duì)變壓器的安全運(yùn)行造成影響時(shí)，要立即停止運(yùn)行變壓器。

（4）運(yùn)行中變壓器發(fā)輕瓦斯信號(hào)、產(chǎn)生重瓦斯出現(xiàn)跳閘，或差動(dòng)保護(hù)信號(hào)出現(xiàn)跳閘等故障；電氣試驗(yàn)一旦發(fā)現(xiàn)異常結(jié)果，需立即對(duì)油取樣進(jìn)行色譜分析，鑒別故障類型。分析診斷變壓器內(nèi)部是否產(chǎn)生過(guò)熱或放電性，存在放電性或出現(xiàn)嚴(yán)重高溫過(guò)熱故障時(shí)應(yīng)檢修處理。若為一般過(guò)熱故障，必須結(jié)合變壓器負(fù)荷情況進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)視及跟蹤分析。

（5）為提高分析的準(zhǔn)確性，必須有效結(jié)合氣相色譜分析法和電氣檢查性試驗(yàn)結(jié)果。磁回路過(guò)熱性故障的特點(diǎn)為：“變壓器繞組的直流電阻測(cè)試合格，而空載損耗偏高，鐵芯絕緣電阻下降等”。導(dǎo)電回路故障的特點(diǎn)為：“變壓器繞組的電壓比出現(xiàn)異常，直流電阻不平衡”。絕緣故障的特點(diǎn)為：“介損變化大、絕緣電阻低、繞組泄漏電流大等”。

（6）對(duì)變壓器存在的故障進(jìn)行分析時(shí)，要對(duì)變壓器的運(yùn)行歷史試驗(yàn)結(jié)果、運(yùn)行環(huán)境條件以及變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有所了解，綜合考慮到設(shè)備發(fā)生故障發(fā)生瞬間發(fā)出的異常響聲、運(yùn)行時(shí)的電壓、負(fù)荷、所采用的繼電保護(hù)動(dòng)作情況。如果變壓器有輕瓦斯動(dòng)作發(fā)生時(shí)，要對(duì)變壓器的外觀進(jìn)行及時(shí)的觀察，并取油樣進(jìn)行色譜分析，以此判定變壓器內(nèi)部狀況：氣體無(wú)色、無(wú)味，不可燃，屬變壓器內(nèi)部進(jìn)入空氣（可能是由于變壓器新安裝或檢修、加油等工作后進(jìn)入空氣，工作完畢后未完全排出；也可能是運(yùn)行中冷卻，潛油泵等密封不嚴(yán)進(jìn)入空氣）；所取氣體有色、有氣味，可燃，屬內(nèi)部故障，應(yīng)取油樣送交專業(yè)人員化驗(yàn)。同時(shí)，對(duì)變壓器進(jìn)行電氣試驗(yàn)，將色譜分析結(jié)果和試驗(yàn)情況結(jié)合，按照DL/722－2000導(dǎo)則和電氣試驗(yàn)規(guī)程綜合判斷分析故障原因，從而制定檢修處理方法。

（7）變壓器油中溶解氣體的分析試驗(yàn)出現(xiàn)誤差的主要原因在于化驗(yàn)設(shè)備以及操作工藝存在問(wèn)題，所以，對(duì)變壓器的故障性質(zhì)進(jìn)行分析判斷時(shí)，可以應(yīng)用三比值法進(jìn)行，并且需要將影響精確度的因素考慮在內(nèi)。利用色譜法分析得來(lái)的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確，相關(guān)工作人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程和色譜分析導(dǎo)則的要求，在溶解氣體組分含量有增長(zhǎng)趨勢(shì)時(shí)，可結(jié)合產(chǎn)氣速率判斷，必要時(shí)縮短周期進(jìn)行跟蹤分析?？偀N含量低的設(shè)備不宜用相對(duì)產(chǎn)氣速率進(jìn)行判斷，且剛投入的變壓器應(yīng)有投運(yùn)前的測(cè)試數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，變壓器油中溶解的氣體是檢驗(yàn)變壓器是否正常運(yùn)行的指示燈，能夠有效反映出變壓器存在的故障，并且在分析采樣油中的溶解性氣體時(shí)，要對(duì)變壓器油設(shè)備的型號(hào)結(jié)構(gòu)、變壓器運(yùn)行的方式以及油液更新的頻率進(jìn)行對(duì)比，并將可能存在的故障問(wèn)題進(jìn)行對(duì)比，避免因?yàn)椴蓸臃治鲈斐刹槐匾恼`判斷，最終才能更好的確保變壓器運(yùn)行的更為安全可靠。

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