變壓器油色譜分析與故障診斷

林麗蘭

摘 要：變壓器作為電力設(shè)備工作運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)備，其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。文章主要對(duì)變壓器油色譜分析與故障診斷進(jìn)行了探究，旨在借助色譜分析方法對(duì)變壓器故障進(jìn)行診斷，以此提高變壓器日常運(yùn)行的安全可靠性，為電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：變壓器油；色譜分析；故障診斷

變壓器油的色譜分析技術(shù)主要建立在油中所含溶解氣體類別及其與變壓器內(nèi)部存在故障之間的對(duì)應(yīng)聯(lián)系所使用的故障診斷方法，通過(guò)運(yùn)用氣相色譜分析儀器，能夠?qū)τ椭兴臍怏w進(jìn)行分析和研究，并依照氣體含量和組成成分對(duì)變壓器是否存在異常情況加以判斷，從而對(duì)其所存在的故障類型、發(fā)生部位、發(fā)展趨勢(shì)以及嚴(yán)重程度進(jìn)行及時(shí)診斷。

1 變壓器油色譜分析原理

變壓器油作為自石油內(nèi)部中所分離出的礦物油，其所包含的絕緣成分主要包括礦物絕緣油以及石油當(dāng)中所含的固體式有機(jī)絕緣物質(zhì)。其中，礦物絕緣油內(nèi)主要包含了烷烴、芳香族的不飽和烴以及環(huán)烴族的飽和烴[1]。而固體的有機(jī)絕緣物質(zhì)則主要包含了纖維素。在變壓器油的正常使用過(guò)程中，其內(nèi)部所含有的絕緣油及其他絕緣物質(zhì)會(huì)逐漸變質(zhì)和老化，同時(shí)伴有氫氣、乙烷、甲烷、乙炔、乙烯、一氧化碳以及二氧化碳等少量氣體排出。一旦變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)故障，則此類氣體的釋放量就會(huì)迅猛增長(zhǎng)[2]。例如，當(dāng)故障點(diǎn)處的溫度處于較低范圍時(shí)，甲烷在氣體的釋放比例中明顯增長(zhǎng)；當(dāng)溫度提升時(shí)，則乙烯和氫氣的比例會(huì)急劇增長(zhǎng)；當(dāng)產(chǎn)生嚴(yán)重過(guò)熱現(xiàn)象時(shí)，則會(huì)伴有乙炔氣體產(chǎn)生。通常而言，我們將對(duì)故障診斷具有實(shí)際意義的氣體，如H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO，CO2稱作特征氣體，而將CH4，C2H6，C2H4，C2H2，這4類氣體的含量總和稱作總烴，即C1+C2[3]。根據(jù)變壓器油內(nèi)部溶解的氣體組分對(duì)故障類型進(jìn)行判斷的具體情況如表1所示。

基于這種原理，技術(shù)人員通過(guò)對(duì)變壓器運(yùn)行過(guò)程中變壓器油所含的氣體含量和類型進(jìn)行測(cè)定，則能夠?qū)ψ儔浩鞴收线M(jìn)行有效診斷。

2 變壓器油色譜分析方法

2.1 變壓器油采樣

在運(yùn)用上述色譜分析法對(duì)變壓器所存在的內(nèi)部故障進(jìn)行分析時(shí)，必須通過(guò)采樣的方式，從變壓器中取出適量的油體，在這一過(guò)程中，主要采取試管或注射器對(duì)變壓器油進(jìn)行采樣。與此同時(shí)，還需將采集樣品及時(shí)盛裝在容器當(dāng)中以供分析使用。此外，還需確保油樣儲(chǔ)存容器具備良好的清潔性，避免雜質(zhì)對(duì)油樣成分造成污染，從而影響到最終的檢測(cè)分析效果。

2.2 分離氣體

在完成上述操作后，需要將容器中所儲(chǔ)備的變壓器油置入到脫氣設(shè)備內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)變壓器油的氣、液分離作業(yè)，然后才能夠有針對(duì)性地對(duì)氣體性質(zhì)實(shí)施分析和檢測(cè)，從而得出變壓器內(nèi)部有無(wú)故障問(wèn)題出現(xiàn)的最終結(jié)果。

2.3 鑒定器檢測(cè)

在對(duì)變壓器油內(nèi)部所含的氣體實(shí)施檢測(cè)的環(huán)節(jié)中，可采取專業(yè)的氣相色譜儀對(duì)經(jīng)過(guò)分離采集到的氣體進(jìn)行檢測(cè)，得出氣體中的化學(xué)成分以及構(gòu)成類型等具體數(shù)據(jù)。同時(shí)，還需將得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行電子信息式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，并做好數(shù)據(jù)存檔工作，在這一過(guò)程中，可借助現(xiàn)代化電子計(jì)算機(jī)及數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施對(duì)鑒定數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，以便后續(xù)進(jìn)行高效的故障分析和研究。

2.4 判斷故障類型

根據(jù)經(jīng)由鑒定器鑒定所得出的變壓器油包含氣體的類別和性質(zhì)等數(shù)據(jù)信息，對(duì)變壓器內(nèi)部實(shí)際潛存的故障進(jìn)行判斷，同時(shí)，還需根據(jù)不同的故障類型采取有針對(duì)性的修復(fù)措施對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，以此保障變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 色譜分析在故障診斷中的應(yīng)用

3.1 產(chǎn)氣特征

一旦變壓器內(nèi)部發(fā)生故障問(wèn)題，則變壓器在運(yùn)行過(guò)程中所釋放的氣體性質(zhì)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，因此，技術(shù)人員能夠依據(jù)氣體性質(zhì)及屬性對(duì)變壓器存在的故障進(jìn)行有效的辨別。例如，在出現(xiàn)放電故障時(shí)，變壓器油中會(huì)含有氫氣，占比高于總量的90%；在高溫故障時(shí)會(huì)釋放甲烷及乙烯，在總烴含量占比中高于80%；在出現(xiàn)局部放電情況時(shí)，主要釋放氣體為氫氣，次之為甲烷，通常而言，氫氣在氫與總烴的占比中高達(dá)90%，而甲烷和總烴之比則高于90%。因此，針對(duì)變壓器運(yùn)行時(shí)所釋放的不同氣體特征能夠?qū)收项愋瓦M(jìn)行具體判斷。

3.2 產(chǎn)氣速率

考慮到變壓器油內(nèi)部包含可燃性氣體，這就使得其在熱環(huán)境及電廠環(huán)境中會(huì)發(fā)生自動(dòng)分解，與此同時(shí)，氣體的產(chǎn)生速率也會(huì)隨之加快。因此，在對(duì)變壓器內(nèi)部的故障問(wèn)題是否存在進(jìn)行具體判斷的過(guò)程中，需要依照變壓器油內(nèi)部的氣體含量和氣體增長(zhǎng)速度兩方面要素進(jìn)行判斷。若變壓器內(nèi)部確實(shí)存在故障，則在進(jìn)行故障判斷時(shí)，還需對(duì)變壓器油中所包含的氣體產(chǎn)生速率進(jìn)行考量，并以此作為判斷依據(jù)，對(duì)變壓器故障進(jìn)行更加科學(xué)合理地診斷。

3.3 根據(jù)產(chǎn)氣速率進(jìn)行故障判斷的方法

（1）在對(duì)變壓器有無(wú)故障存在進(jìn)行判斷的過(guò)程中，可依照變壓器油中所包含的總烴含量與產(chǎn)氣速率，并結(jié)合色譜分析方法對(duì)其故障類型加以判斷。同時(shí)，依據(jù)色譜分析最終所得出的變壓器后內(nèi)部總烴絕對(duì)值和產(chǎn)氣速率是否高于注意值進(jìn)行故障診斷，以此判斷變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。其中，注意值指的是變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下，變壓器油內(nèi)部所含的各種氣體類型及所占比例、產(chǎn)氣速率等數(shù)據(jù)值。

（2）當(dāng)總烴絕對(duì)值高于注意值，卻低于此數(shù)值的3倍，且總烴氣體的釋放速率低于注意值時(shí)，則變壓器內(nèi)部存在故障?？紤]到此類故障蔓延趨勢(shì)較為緩慢，因此可采取繼續(xù)運(yùn)行持續(xù)觀察的方法進(jìn)行下一步檢修作業(yè)。

（3）若總烴高于注意值，卻低于注意值的3倍，且總烴氣體的釋放速率維持在注意值1～2倍的區(qū)間范圍內(nèi)時(shí)，則變壓器內(nèi)部存有故障，此時(shí)需縮短試運(yùn)行周期，并對(duì)故障的發(fā)展趨勢(shì)加以密切關(guān)注。

（4）若總烴絕對(duì)值高于注意值的3倍，且總烴氣體的釋放速率也同樣高于注意值的3倍時(shí)，則變壓器存在嚴(yán)重的內(nèi)部問(wèn)題，并且發(fā)展迅速，此時(shí)則需要即刻采取相應(yīng)的修復(fù)措施。

4 實(shí)例解析

2016年9月，某風(fēng)力發(fā)電企業(yè)在1號(hào)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器油色譜分析出現(xiàn)異常情況，相較于2015年8月的色譜分析對(duì)比數(shù)據(jù)如表2所示。

由表中所給出的數(shù)據(jù)信息我們能夠發(fā)現(xiàn)，H2，CH4，C2H4與總烴在變壓器油中的含量呈明顯增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，這就說(shuō)明故障點(diǎn)正在進(jìn)一步惡化。而H2，C2H2的含量處于不斷增長(zhǎng)情況，則表明變壓器發(fā)生高溫過(guò)熱或是放電類型的故障，且此故障氣體中主要包含了CH4，C2H4這兩種主導(dǎo)型氣體，這就說(shuō)明發(fā)生了過(guò)熱或是接觸不良類型的故障，而CO，CO2的含量增加，則表明此故障涉及固體式絕緣物質(zhì)的受熱分解情況。通過(guò)分析判斷，發(fā)現(xiàn)此故障屬于高溫過(guò)熱故障，主要表現(xiàn)為接頭焊接不到位、夾件處螺釘發(fā)生松動(dòng)、開(kāi)關(guān)處接觸不良、導(dǎo)線短路等情況。

基于此種判斷，檢修人員有針對(duì)性地對(duì)這一類問(wèn)題進(jìn)行了檢修，發(fā)現(xiàn)引起故障的成因是電阻不合格，即變壓器的低壓側(cè)區(qū)域的套管式導(dǎo)電桿和引線接線處的銅排連接螺栓發(fā)生了松動(dòng)，因此，通過(guò)更換導(dǎo)電桿和螺栓即可排除故障。在檢修完成后，通過(guò)直流電阻的相關(guān)測(cè)試，確認(rèn)故障排除后，即可投入使用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要以變壓器油色譜分析原理為切入點(diǎn)，對(duì)變壓器油色譜分析方法進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上探究了色譜分析在故障診斷中的應(yīng)用，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行的潛伏問(wèn)題，以此保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李磊. 變壓器油色譜分析與故障診斷[J]. 電氣制造，2012（5）：28-32.

[2]凌海峰，劉津浩，李志新.變壓器油色譜分析與故障判斷[J]. 液壓氣動(dòng)與密封，2012（5）：46-50.endprint