淺談變壓器油色譜分析及故障診斷

曹陽

【關(guān)鍵詞】變壓器;油色譜;分析;故障診斷

一.引言

在變壓器的故障診斷中，油色譜分析是一種基于故障與油中所含溶解氣體之間的相關(guān)性的診斷方法。需要特殊的氣相色譜分析儀來合成油中所含的溶解氣體。根據(jù)準(zhǔn)確的分析以及氣體的含量和成分，它可以診斷變壓器的故障狀況，獲得針對(duì)故障的特定位置、類型和影響程度的診斷結(jié)果，并為處理和預(yù)防故障提供詳細(xì)的科學(xué)依據(jù)。

二.變壓器油的化學(xué)成分

變壓器油是通過蒸餾和精煉石油而獲得的混合礦物油，它包含各種碳?xì)浠衔?，主要是碳和氫，總含量可?5%以上，以及其他氦，硫，氧等。其他金屬元素通常被稱為絕緣油。由碳和氫兩種元素形成的有機(jī)化合物在有機(jī)化學(xué)中稱為烴，形成各種類型的烴，包括烷烴，芳烴，環(huán)烷烴，不飽和烴等。

（一）烷烴

盡管烷烴具有很強(qiáng)的電廠性能，但是就抗氧化性而言它們的性能較差，產(chǎn)氣方面在所有烴類中最差，因此在強(qiáng)電場中很可能會(huì)發(fā)生脫氫反應(yīng)。

（二）環(huán)烷烴

環(huán)烷烴在電氣性能，化學(xué)穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性。潤滑性等方面具有很大的優(yōu)勢，并且產(chǎn)生的熱量高和凝固點(diǎn)低，被廣泛用于變壓器油中。

（三）芳香烴

芳族烴可分為單環(huán)芳族烴，雙環(huán)芳族烴和多環(huán)芳族烴，其中單環(huán)芳族烴在電氣性能上具有更多優(yōu)點(diǎn)，而雙環(huán)芳族烴在抗氧化性方面具有更多優(yōu)點(diǎn)。其抗氧化性能導(dǎo)致氧化后沉淀，油色逐漸加深，介電損耗高于單環(huán)和雙環(huán)芳烴，并且吸氫能力也比單環(huán)和雙環(huán)芳烴差。

（四）不飽和烴

不飽和烴主要通過石油加工獲得，并且由于石油本身不具有不飽和烴成分，因此在化學(xué)穩(wěn)定性方面其性能較差。

（五）非烴類化合物

除了石油中碳和氫元素的比例很高以外，其他元素化合物也可以發(fā)揮特定作用。例如，乳制品的氧化是由含氮化合物引起的，并且顏色會(huì)因?yàn)槌恋矶饾u加深。耐乳酸性的提高還具有促進(jìn)硫化合物產(chǎn)生的作用，但是當(dāng)其超過0.25%時(shí)，對(duì)硫化合物的含量具有更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致過高的油腐蝕性。

三.變壓器油色譜分析在故障診斷中的意義

首先，在變壓器油色譜分析過程中，分析人員可以學(xué)習(xí)變壓器油色譜分析技能，更準(zhǔn)確地診斷與缺陷相關(guān)的狀況，從而提高故障排除效率和缺陷質(zhì)量。根據(jù)變壓器油色譜分析的原理，可以深入了解變壓器的工作狀態(tài)，確保變壓器處于正常工作狀態(tài)，并保證變壓器的良好運(yùn)行。最后，基于對(duì)變壓器油色譜分析運(yùn)行條件的了解，可以評(píng)估異常情況，提前發(fā)現(xiàn)可能的故障，并在故障影響和損失之前進(jìn)行相應(yīng)的處理和預(yù)防。在問題發(fā)生之前加以預(yù)防，減少故障的發(fā)生率，并減少由于故障引起的其他損失。因此，有必要加強(qiáng)對(duì)變壓器油色譜分析的重視，并將其充分應(yīng)用于實(shí)際的故障診斷工作。

四.變壓器油色譜分析與故障診斷分類

變壓器的長期運(yùn)行會(huì)在老化或分解的影響下產(chǎn)生其他氣體，存在諸如局部過熱和放電故障等隱患。對(duì)故障診斷的分析研究表明，絕緣子分解產(chǎn)生的氣體也存在于不同的故障條件下，通過氣體差異可以診斷出更大的差異、缺陷的性質(zhì)和嚴(yán)重程度。變壓器的主要內(nèi)部故障包括熱故障，電氣故障和阻尼故障，常見的診斷方法如下：

（一）熱擾動(dòng)

熱應(yīng)力會(huì)加速絕緣材料的老化并導(dǎo)致缺陷。如果變壓器油中的H2+C1+C2含量超過27%，則表明變壓器低溫過熱。當(dāng)變壓器油中的氫在總氫烴中所占的比例低時(shí)，為27%，則變壓器指示高溫過熱。當(dāng)變壓器油中的C2H4和CH4超過總烴含量的80%時(shí)，變壓器表明高溫過熱，超過700℃。在嚴(yán)重過熱的情況下，除了H2，OH4，02H4和02H6外，C2H2還不到總烴含量的6%。

（二）電氣故障

絕緣材料在變壓器放電的作用下繼續(xù)分解氣體。通常，取決于放電水平，存在三種類型的缺陷。如果變壓器油中的氣體包含大量的02H2、H，和大量的CH4、02H4，則可以按電弧放電的方式進(jìn)行診斷;如果變壓器油中的氣體含有大量的C2H2、H2和大量的OH4、C2H6，則可以診斷為火花放電。當(dāng)變壓器油中的氣體占總氫的90%以上且占烴的90%以上，放電能量密度增加的區(qū)域中C2H2小于2%時(shí)，可以診斷出局部放電。

（三）水合作用障礙當(dāng)變壓器受濕度影響時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量H2，但是由于阻尼故障和局部放電故障的氣體性能相似，因此需要基于外部檢查等措施進(jìn)行全面診斷，以提高診斷的準(zhǔn)確性。

五.變壓器油色譜分析的具體診斷方法

（一）如何診斷油中溶解的CO和CO2

隨著變壓器的新運(yùn)行，溶解在油中的CO和C02含量較低。通過科學(xué)的檢測和計(jì)算方法，可以獲得小于100uL/L的CO含量數(shù)據(jù)和數(shù)百至1000uL/L的C02含量數(shù)據(jù)。就化學(xué)成分和透氣性而言，開放式變壓器油中飽和空氣含量的范圍為10%-20%。長時(shí)間與空氣和油接觸時(shí)，空氣中的C02溶解在油中，通常為300uL/L?？諝忉尫诺酱髿庵械腃O含量與老化導(dǎo)致的固體絕緣的CO含量相結(jié)合時(shí)的分布規(guī)律要高于固體絕緣產(chǎn)生的CO含量，根據(jù)CL=KCG的科學(xué)公式進(jìn)行分析，溶解度系數(shù)為0.12?？諝庵械腃O濃度通常不超過2500uL/L，即開放式變壓器油中溶解的CO濃度小于300uL/L。在封閉式變壓器設(shè)備中，由于泄漏而導(dǎo)致空氣滲入，從而導(dǎo)致空氣與封閉式變壓器油中的c02含量之比相似。換句話說，固體絕緣材料的老化程度更嚴(yán)重，因此必須以油為目標(biāo)，專門檢查糠醛中所含糠醛的濃度，重新確認(rèn)固體絕緣材料的老化趨勢，當(dāng)糠醛濃度超過營業(yè)年度的濃度警告值時(shí)，可以判斷固體絕緣材料的老化。

（二）02/N2比值的診斷方法

在開放式變壓器中，空氣與儲(chǔ)罐之間存在長期接觸的問題，而在封閉式變壓器中，也存在一定泄漏的可能性，因此會(huì)有02和N2溶解在變壓器油中?？紤]到02和N2在變壓器油中的溶解度，空氣成分可以以02/N2的比率反映出來，通常為0.5。當(dāng)固體絕緣材料在變壓器油中被氧化或老化時(shí)，02的消耗率將增加并且擴(kuò)散率將更高，從而降低02/N2的比率。但是，實(shí)際比率變化受制于法規(guī)遵從和保護(hù)系統(tǒng)，特別是當(dāng)氧氣被過度消耗時(shí)，02/N2比可以達(dá)到0.3或更小。

（三）C2H2/H2比值的診斷方法

通常，由變壓器的低能量放電產(chǎn)生的氣體類似于在負(fù)載下通過電壓調(diào)節(jié)操作產(chǎn)生的氣體。如果將變壓器的負(fù)載電壓調(diào)節(jié)信箱或儲(chǔ)油罐連接到主儲(chǔ)油罐。則主儲(chǔ)油罐中可能會(huì)出現(xiàn)油污，從而導(dǎo)致對(duì)變壓器故障診斷的誤判。通過檢測主燃油箱中氣體的C2H2/H2比，可以闡明當(dāng)該比值大于2時(shí)，由于負(fù)載下的壓力調(diào)節(jié)而導(dǎo)致的氣體污染問題。并且隨著負(fù)載下調(diào)壓次數(shù)的增加和污染方式的變化，乙炔濃度值也有相應(yīng)的變化，需要進(jìn)行一定的計(jì)算。

六.結(jié)論

變壓器故障對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響更大，必須準(zhǔn)確地診斷故障以加強(qiáng)對(duì)變壓器故障的處理和預(yù)防。變壓器油色譜分析可以根據(jù)科學(xué)原理和技術(shù)操作，基于變壓器油的色譜條件，快速、準(zhǔn)確地診斷故障，從而可以更科學(xué)地指導(dǎo)變壓器的維護(hù)和修理，從而保障變壓器性能的良好。同時(shí)還要保證有效地進(jìn)行操作，保持電源系統(tǒng)正常工作。