數(shù)據(jù)分析與診斷中變壓器油化驗的應用分析

摘要：隨著生活用電和工業(yè)用電的大幅增加，供電變壓器的應用在不斷擴展。供電變壓器的單臺承受容量在不斷增大，導致變壓器受損的情況越來越多。變壓器油化驗結果直接關系到變壓器的工作情況，對變壓器油進行化驗，可以判斷出變壓器的工作狀態(tài)及變壓器故障部位。文章對數(shù)據(jù)分析與診斷中變壓器油化驗的應用進行了分析。

關鍵詞：數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)診斷；變壓器油化驗；供電變壓器；變壓器受損 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM855 文章編號：1009-2374（2016）22-0047-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.023

1 概述

變壓器油猶如人體血液一般，在醫(yī)院一檢查血液就可以發(fā)現(xiàn)人身體的潛在疾病和危險?；炞儔浩饔蛠砼卸ㄗ儔浩鞅旧淼摹吧眢w”狀況。為了保證變壓器的正常運行，必須定期對變壓器進行檢測，通過變壓器油可以檢測到變壓器的整體運行情況，對變壓器故障可以做出準確的判斷。同時也可以確定故障的具體零件位置，對部分重大不利事故有預防警示作用。變壓器油化驗在變壓器數(shù)據(jù)分析和診斷中有重要預警效果。本文將簡單分析變壓器油化驗技術和變壓器油在數(shù)據(jù)分析中的應用。

2 簡單分析變壓器油及其性能

2.1 變壓器油及其作用

變壓器油是石油的一種分餾產(chǎn)物，由烷烴、環(huán)烷族飽和烴、芳香族不飽和烴等化合物組成。是一種透明淺黃色液體，相對密度為0.895，凝固點小于-45℃。我國標準的變壓器油牌就是按照凝固點來劃分的，總共分為3類，10#、25#和45#。以石蠟基油為原料的是10#變壓器油；25#變壓器油是環(huán)烷基油和中間基油生產(chǎn)的；以環(huán)烷基油生產(chǎn)的成品是45#變壓器油。

變壓器油具有重要作用。其本身絕緣強度較高，經(jīng)過變壓器油浸的材料，能夠強化材料的絕緣效果。同時它具有良好的散熱作用。變壓器正常工作時，會產(chǎn)生較大的熱量，如果不及時冷卻，很可能造成鐵芯和繞組油升溫。變壓器油可以將熱量充分散發(fā)出來，保證變壓器零部件溫度正常。變壓器油有導熱性能，觸頭切換要產(chǎn)生電弧，通過變壓器油對氣體的分化作用，迅速促進電弧的熄滅。

2.2 變壓器油性能對變壓器的影響

對變壓器油的性能有一個充分的了解，有助于分析變壓器性能。同時變壓器油的質量優(yōu)劣的變化，會直接影響到變壓器的運行，可以更好地了解變壓器油化驗的重要性。接下來簡單分析變壓器油的物理、化學和電氣性能。

物理性能主要通過變壓器油以下方面表現(xiàn)出來，如顏色、粘度、張力的變化。新變壓器油顏色呈現(xiàn)出的是淡黃色，但它會根據(jù)使用時間的推移顏色逐漸變濃。顏色變濃表明油中的氧化物質大大增加，變壓器油已經(jīng)成為劣質油。粘度上的變化，一般情況下，優(yōu)質油的粘度是在1.8恩氏內(nèi)。隨著時間的增加，油會變得劣質，其粘度會加大。變壓器油粘度大于1.8恩氏，會影響到變壓器本身的散熱，縮短變壓器的使用時間。張力的不斷變化，一般通常情況下，優(yōu)質油的表面張力可以達到35mN/m。隨著運行時間的延長，油的反抗力就逐漸減小。這時候油的張力會降低到20以下，因為其中含有太多氧化物和醛等雜質。

化學性能是從油的化學性質方面進行分析，如酸價和pH值等。pH值是隨著時間的延長而縮小的。純凈的優(yōu)質油pH值大于5.6。當使用到一定時間，變壓器油的值小于4的時候，變壓器已經(jīng)不能繼續(xù)運行了。此外，酸價的變化也會影響變壓器的運行?？偟膩碚f，有機酸和無機酸合稱為酸價。酸價的變化方式與pH值不同。酸價增加，變壓器危險性增加。變壓器在多數(shù)情況下都是超負荷運行，酸價就會明顯提高。但當酸價高于0.1的時候，變壓器必須退出運行。

電氣性能的變化主要包括介質的損失和擊穿電壓兩種情況。介質損失在新變壓器油中，其損失度低于0.01，但隨著運行時間的延長，各種雜質化合物的增加，介質損失會越來越大。經(jīng)常出現(xiàn)的情況是，變壓器油中的水分含量超過萬分之二的時候，變壓器油的介質損失急劇上升。當介質損失達到0.3的時候，必須采取措施來處理這樣的情況，否則容易出現(xiàn)重大事故。擊穿電壓是指在根據(jù)變壓器油中含水量的變化而變化。擊穿電壓的值降低的情況下，說明變壓器油的含水量在增加。當變壓器油擊穿電壓的變化到一定值時候，必須對油進行處理，否則會增加設備運行的危險系數(shù)。

2.3 變壓器油檢測

通過對變壓器油進行化驗檢測，就能夠準確把握變壓器的運行狀態(tài)。一般采用交流試驗電源AC-DC-AC的轉換方式，可以減輕對波動的頻率對測試結果的影響。內(nèi)部標準為SF6充氣三極式電容，一般的自然環(huán)境如溫度、濕度的變化等都不會有影響。變壓器油檢測需要對機械雜質、游離碳、水分、酸值和pH值及耐壓進行化驗。

分析變壓器油的物質，特別注意機械雜質。在化驗過程中發(fā)現(xiàn)油出現(xiàn)了纖維、油泥或者其他雜質，需要及時清理。否則油道堵塞，雜質聚集燒壞變壓器電圈。游離碳超標可能會造成變壓器出現(xiàn)放電現(xiàn)象，需要及時采取措施處理。變壓器油中的水分不能過量。過多的水分影響絕緣材料的使用期限，大大降低絕緣性，加快材料的老化速度，設備將在風險中運行。酸值在大于80℃的環(huán)境中，同樣能夠加速材料老化，造成變壓器油絕緣性能降低，導電性能大增，直接影響絕緣材料的使用壽命。為確定變壓器油中是否存在可燃性氣體，需要定期對變壓器油進行閃點測試。

3 變壓器油色譜化驗方法

變壓器油色譜分析的特點是設備照常工作時就可以進行故障的預測和檢測。從運行的變壓器中提取油的樣品，就可分析檢測變壓器內(nèi)部是否出現(xiàn)故障及故障的嚴重與否。變壓器油色譜分析對故障的靈敏度和精確度非常高，對缺陷檢查的精確率可達99%。

3.1 三比值法

三比值法是基于羅杰斯比值法上發(fā)展而來。通過檢測變壓器油中的三對氣體的比值，這三對氣體分別是C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6。因為有自身的編碼系統(tǒng)，比值不同代表的編碼也不同，但利用比值可以通過編碼系統(tǒng)查到變壓器的故障，方便采取相應的措施。變壓器油中的主要氣體是來自空氣中的氧氣和氮氣。由于在煉制和儲藏過程中，變壓器油會與氣體接觸，部分空氣就溶解到油里。

變壓器油化驗中需要特別注意兩個方面的內(nèi)容：一是檢測到氣體的含量是處于正常值域就可以不使用三比值法分析；二是在變壓器油中檢測到了所含氣體量超標，同時氣體含量在靈敏度極限值的10倍以上，簡單分析變壓器可能出現(xiàn)的癥狀情況，運用三比值法分析變壓器內(nèi)部存在的大問題。

3.2 故障點部位判斷

可燃氣體溶解在變壓器油中，當氣體含量較大，產(chǎn)生氣體的速度快，一般都是設備存在問題造成絕緣材料裂解。同時變壓器油中存在著不同量的碳氫化合物，可能會因為電或者熱的緣由造成C-H鍵和C-C鍵斷裂，就會生成少量的氫原子和碳氫化合物自由基。通過化學反應后這些生成物可以重新組合，就形成了氫氣和烴類氣體，甲烷、乙烯等都屬于這類氣體。當發(fā)生較大故障時，其中的故障能量較大，可能形成游離氣體，一些碳的固體物和聚合物將會沉積在設備的內(nèi)部。

不同比值對應的是不同類型的故障。三比值法數(shù)據(jù)為1、0、2。編碼組合中，當C2H2/C2H4為0時，而CH4/H2為0和C2H4/C2H6為1時，判斷的故障是低于150℃的低溫過熱，在變壓器中表現(xiàn)為絕緣導線過熱；而CH4/H2為2和C2H4/C2H6為0時，出現(xiàn)的是150℃～300℃的低溫過熱；而CH4/H2為2和C2H4/C2H6為1時，出現(xiàn)的是300℃～700℃的中溫過熱；而CH4/H2為0或1或2和C2H4/C2H6為2時，出現(xiàn)的是大于700℃的高溫過熱，在變壓器中表現(xiàn)為其開關、接頭、螺絲的接觸不良。鐵芯漏磁、局部短路和層間絕緣不良等情況；而CH4/H2為1和C2H4/C2H6為0的時候，判定為局部放電，由于濕度和含氣量高引起變壓器油中低能量密度的局部放電。

3.3 變壓器故障判斷

經(jīng)研究其結果顯示，變壓器結構絕緣物質通常是有機油性紙。如果變壓器內(nèi)部零部件出現(xiàn)損壞情況，絕緣油紙的溫度會隨著升高，最終會分解出氣體。有機類物質在具有不同的化合鍵結構，并且它們的熱穩(wěn)定性的差別較大。油性絕緣紙隨著溫度的升高逐漸分解出烯烴、烷烴等不同氣體。如果變壓器處于正常工作狀態(tài)，變壓器的內(nèi)部結構和油紙也會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，還要釋放出一氧化碳、二氧化碳之類的定量氣體，氣體可以溶解在變壓器油中。但變壓器中的溫度一旦升高就會分解氣體并且分解速度會伴隨著變壓器故障的發(fā)展而加快。同時，因為變壓器故障的不同會分解出不同類型的氣體。在變壓器正常運行過程中，對變壓器油進行定期檢測分析結果，是判斷設備是否存在故障的重要方法。

變壓器內(nèi)部存在放電故障的情況下，其主要指標是乙炔氣體的含量。變壓器在正常工作的過程中是不會產(chǎn)生乙炔這類氣體。在變壓器內(nèi)部發(fā)現(xiàn)乙炔，就表明變壓器已經(jīng)出現(xiàn)故障。當發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部乙炔氣體的含量大增且上升速度極快，該變壓器就存在很嚴重的放電故障。需要及時采取措施，密切關注變壓器故障發(fā)展的情況。變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的烴類氣體的總含量高的情況下，氫氣含量普遍高，總烴的主要成分是乙炔，出現(xiàn)的一般都是電弧放電性問題。根據(jù)三比值法判斷出故障類型和故障點的所在。

4 結語

當前，我國電網(wǎng)公司正在加快實施智能電網(wǎng)戰(zhàn)略建設，目標是電網(wǎng)走向國家化。向戰(zhàn)略邁進的同時，需要保證電網(wǎng)的正常和安全運行。變壓器在電網(wǎng)安全中有著舉足輕重的作用。對變壓器油的化驗數(shù)據(jù)可以準確地分析出變壓器的故障情況。變壓器的故障面很廣，故障類型更是數(shù)不勝數(shù)。但通過對變壓器油的檢測化驗，運用色譜分析變壓器油，能夠精準地了解到變壓器的故障部位和故障情況。充分利用三比值法分析變壓器油內(nèi)部的氣體變化和比例變化對應編碼系統(tǒng)，準確找出變壓器存在的故障問題。當變壓器的故障出現(xiàn)和變壓器油發(fā)生變化的時候，需要及時進行鑒定和處理，保證變壓器能夠正常、安全、有效地運行。

參考文獻

[1]陳南清.變壓器油化驗在數(shù)據(jù)分析與診斷中的應用

[J].科技創(chuàng)新與應用，2016，（8）.

作者簡介：孫樂（1986-），女，陜西榆林人，榆林市電力檢修有限公司助理工程師，研究方向：油務化驗。

（責任編輯：蔣建華）