油色譜分析技術在電力變壓器故障檢測中的應用

洪葉 侯鳳琛 鄒海濤

摘要：受到一些客觀因素的影響，設備長時期使用會導致變壓器出現(xiàn)故障。這就要求技術人員要合理應用變壓器油色譜對其中的故障進行判斷。基于此，本文對變壓器油色譜的特點進行了研究，希望可以提高變壓器故障判斷的有效性。

關鍵詞：油色譜分析技術;電力;變壓器;故障檢測;應用

隨著社會發(fā)展速度不斷加快，經(jīng)濟水平不斷提高，停電事故將對各行業(yè)及人民生活造成不同程度的損失和影響。以油為絕緣介質(zhì)的油浸式變壓器在電力系統(tǒng)發(fā)輸電和供配電過程中均起著至關重要的作用，并占據(jù)著主要地位，其運行狀態(tài)直接影響著電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運行，而絕緣性能又決定了其自身能否安全穩(wěn)定運行。眾所周知，絕緣油和固體絕緣材料在熱和電的作用下會分解產(chǎn)生H2、CO2、CO、低分子烴類等氣體，并溶于絕緣油中，因此絕緣油中的氣體組分及含量能用于診斷變壓器內(nèi)部故障、評估變壓器的運行狀態(tài)。通過變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)，不僅能提高變壓器內(nèi)部故障診斷的時效性、準確性和可靠性，還能在缺陷變?yōu)楣收锨鞍l(fā)出警報。

1變壓器的故障診斷

由于變壓器是發(fā)電廠中的重要設備，它的運行狀況會對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來直接的影響，如果不對導致此設備出現(xiàn)故障的因素進行分析，還會直接影響到電能的正常輸送。電力變壓器在實際的運行中，會出現(xiàn)發(fā)熱的情況，如果其局部溫度過高，這會導致變壓器繞組的絕緣損壞，嚴重情況還會發(fā)生擊穿。

因此，各發(fā)電廠和工作人員要認識到變壓器故障診斷的重要性，加強對變壓器油色譜的有效應用。由于這種技術具有純凈穩(wěn)定和絕緣性好等特點，它在變壓器故障檢測中的有效應用，可以幫助操作人員及時發(fā)現(xiàn)導致故障的因素，從而對變壓器維修方案進行有效調(diào)整。

2變壓器油色譜分析的原理

在對變壓器油色譜分析的作用機制進行研究的過程中，發(fā)現(xiàn)變壓器油是石油內(nèi)部中的礦物油，在其中包含比較多的絕緣成分，這些物質(zhì)能夠?qū)ψ儔浩鞴收蠁栴}進行快速地診斷。部分研究人員對礦物絕緣油的組成進行了研究，發(fā)現(xiàn)其中主要包含了烷烴和芳香族等飽和烴。

其固體的有機絕緣物質(zhì)的，還包含了纖維素，所以加強變壓器油色譜分析在故障檢測中的有效應用，可以及時發(fā)現(xiàn)其中的問題。此外，在應用這種方式進行故障診斷的時候，會伴有氫氣、甲烷和乙烯等少量氣體排出，如果在此過程中一旦變壓器內(nèi)部出現(xiàn)了故障，這類氣體的釋放量就會快速增長。

例如變壓器的故障點所處的溫度比較低范的時候，甲烷就會在氣體釋放中的比例不斷增長。當其中的溫度提高時，乙烯和氫氣的比例會增長，工作人員可以通過對CH4、C2H6、CO、CO2等特征氣體的判斷，對變壓器進行檢修。此外，人為或者是機械設備故障也會引起變壓器油色譜出現(xiàn)異常，因此在對變壓器，從而更加快速和準確地發(fā)現(xiàn)導致變壓器故障的原因。

3油色譜分析理論-羅杰斯比值和其他氣體比值

變壓器故障診斷不應僅基于溶于油中氣體含量的組合，而應取決于氣體的相對含量?；谏鲜鲇^點，提出了四比值的方法。由于C2H6/CH4僅反映了熱分解溫度范圍，因此國際電工委員會（IEC）建議取消此比值改使用三比值方法。然后，基于三比值方法的大規(guī)模實踐，IEC分別對編碼、編碼組合和故障類型相對應的比值范圍進行了改進，從而得出了目前廣泛使用的改良后的三比值方法。

三比值改進方法是利用發(fā)生變壓器內(nèi)部故障時溶于變壓器油的氣體CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2，組成C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三對比值編碼組合的方法，還能通過建立三維坐標圖，更為直觀地區(qū)分各類型故障。此外，為了提高診斷的準確性，增加了CO2/CO、O2/N2、C2H2/H2三對比值作為輔助判斷。

CO和CO2能反映固體絕緣正常時的老化過程與故障時的劣化分解，一般CO2/CO小于3為故障劣化，而CO2/CO大于7為正常老化;鑒于油或紙的氧化，開放式設備的O2/N2小于0.3時應引起注意，密封良好的設備在正常情況下O2/N2可能低于0.05，負荷和保護系統(tǒng)亦會影響此比值;有載分接開關油或氣進入主油箱時一般會導致C2H2/H2大于2，這取決于有載分接開關的切換次數(shù)和產(chǎn)生污染方式。

4變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)

某廠2臺1000MW超超臨界二次再熱機組采用的啟動備用變壓器為SFFZ-70000/500有載調(diào)壓電力變壓器，容量為70/42-42MVA，冷卻方式為ONAN/ONAF，內(nèi)部故障診斷系統(tǒng)為基于油色譜分析理論的TOTUSDGA在線監(jiān)測系統(tǒng)的一部分，能監(jiān)測、分析每個關鍵參數(shù)并圖形化顯示、即時分析。

該系統(tǒng)通過采集數(shù)據(jù)，能顯示每小時的溫度與濕度趨勢，以及變壓器油中溶解氣體每小時的濃度趨勢，三比值和輔助比值變壓器內(nèi)部故障診斷技術得到氣體濃度分析信息，并以三維圖更為直觀地進行顯示，輔以右杜瓦爾三角形進一步對診斷結(jié)果進行驗證，還能對絕緣油過熱、纖維素過熱、油中局部放電和油中拉弧四種情況顯示關鍵氣體。當故障發(fā)生時系統(tǒng)發(fā)出警報，提示工作人員進行故障排查及檢修維護工作，并提供數(shù)據(jù)就地導出功能。

5變壓器油色譜異常的解決方法

由于技術水平等因素的影響，變壓器油色譜在實際的應用過程中會出現(xiàn)問題。相關的實踐經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，變壓器油色譜出現(xiàn)異常與一些微量的金屬元素含量有關，當這些元素含量不同的時候，就會導致變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)鐵芯短路等問題，如果這種情況得不到及時解決，就會在一定程度上對變壓器的正常運行帶來影響，如果出現(xiàn)了上述問題，工作人員要及時與生產(chǎn)廠家聯(lián)系，同時還要掌握變壓器油色譜異常的處理方式。

（1）技術人員在對變壓器有無故障進行判斷時，要按照變壓器油的總烴含量和產(chǎn)氣速率，對色譜進行分析，合理應用變壓器油色譜分析方法對其故障類型和位置進行有效判斷。在過程中，要依據(jù)色譜分析的總烴絕對值，或者是產(chǎn)氣速率對其中的“注意值”進行整合，保證變壓器運行的穩(wěn)定性。其中的“注意值”指的是變壓器在正常運行狀態(tài)下，油內(nèi)部中的各種氣體類型和所占比例。

（2）如果在診斷中，發(fā)現(xiàn)總烴絕對值高于“注意值”，但是低于此數(shù)值的3倍，并且其中的總烴氣體釋放速率要比“注意值”低，這個時候就我們就可以判斷變壓器內(nèi)部存在故障，要對其進行檢修。此外，如果總烴比“注意值”高，但是卻低于“注意值”的3倍，并且在此過程中，總烴氣體的釋放速率會維持在“注意值”1～2倍的區(qū)間，這就說明在變壓器的內(nèi)部存在故障，工作人員要縮短試運行周期，然后對故障的發(fā)展趨勢進行檢測，為變壓器的安全運行提供保障。

結(jié)論

要不斷完善我國的電力體系，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要對變壓器維護進行創(chuàng)新，加強對其中故障診斷力度，完善診斷方案，合理應用變壓器油色譜分析法，判斷導致變壓器故障的原因，從而進一步促進我國電力事業(yè)在社會中的持續(xù)發(fā)展。

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