淺談變壓器油中溶解氣體的形成及分析方法

【摘 要】運(yùn)行中的變壓器必須定期對(duì)箱體內(nèi)的油進(jìn)行取樣分析，以實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)變壓器的內(nèi)部狀態(tài)。獲取準(zhǔn)確可靠的試驗(yàn)結(jié)果是正確診斷變壓器故障的基本前提。

【關(guān)鍵詞】變壓器;油中溶解氣體;形成;故障判別

1.變壓器油的作用

變壓器油作為絕緣介質(zhì)，使各繞組之間以及繞組與鐵芯和箱殼之間有良好的絕緣；另一方面它又是散熱的媒介，將鐵芯和繞組的熱量進(jìn)行傳遞冷卻。變壓器油在運(yùn)行過程中與空氣接觸的機(jī)會(huì)比較多，在保護(hù)不良的情況下，很有可能滲入雨、雪和露水等。變壓器在較高的溫度下運(yùn)行或是長(zhǎng)時(shí)間過負(fù)荷時(shí)，上層油溫在高溫狀態(tài)下，都會(huì)使變壓器的油質(zhì)變劣，電氣絕緣強(qiáng)度降低。因此，除處理好變壓器的散熱、防潮及防劣化三個(gè)問題外，還應(yīng)定期地取油樣試驗(yàn)或安裝在線監(jiān)測(cè)裝置，以實(shí)時(shí)了解變壓器油質(zhì)在運(yùn)行中的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)并解決，避免事故擴(kuò)大化。

2.變壓器油中氣體產(chǎn)生的原因

變壓器油是具有不同鍵能的化學(xué)鍵鍵合在一起的碳?xì)浠衔铮煌奈镔|(zhì)分子是原子以化學(xué)鍵聯(lián)接所構(gòu)成的，因各分子的不同化學(xué)鍵及不同的鍵能，在不同的溫度下會(huì)產(chǎn)生不同氣體。

在正常運(yùn)行條件下，變壓器油和固體絕緣材料由于受到電場(chǎng)、熱、水分、氧的作用，隨時(shí)間而發(fā)生速度緩慢的老化現(xiàn)象，產(chǎn)生少量的氫、低分子烴類氣體和碳的氧化物。

當(dāng)變壓器在故障狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，故障點(diǎn)周圍的油溫升高，其化學(xué)鍵斷裂，形成多種特征氣體。因不同鍵能的化學(xué)鍵在高溫下有不同的穩(wěn)定性，根據(jù)熱力動(dòng)力學(xué)原理，油裂解時(shí)生成的任何一種氣體，其產(chǎn)氣速率都隨溫度而變化，在一特定溫度下達(dá)到最大值。隨著溫度的上升，最大值出現(xiàn)的順序是： CH4、 C2H6、C2H4、C2H2。在溫度高于1000℃時(shí)，還有可能形成碳的固體顆粒及碳?xì)渚酆衔铩９收舷庐a(chǎn)生的氣體通過運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散、溶解和交換，存在于變壓器油的各個(gè)部分。

隨故障的發(fā)展，當(dāng)產(chǎn)氣量大于溶解量時(shí)，便有一部分氣體以自由氣體的形態(tài)釋放出來，分解出的氣體形成氣泡，在油里經(jīng)對(duì)流、擴(kuò)散不斷地溶解在油中。這些故障氣體的組成和含量與故障的類型及其嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。因此，分析油中溶解氣體就能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時(shí)監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。

3.變壓器常見內(nèi)部故障及判斷

3.1不同故障類型產(chǎn)生的氣體

變壓器內(nèi)部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等類型。油過熱，主要生成氣體CH4，C2H4；油紙過熱CH4，C2H4，CO，CO2油紙絕緣中局部放電H2，CH4，CO；油中火花放電H2，C2H2；油中電弧H2，C2H2。

3.2故障判斷概述

變壓器故障診斷中應(yīng)綜合各種有效的檢測(cè)手段和方法，對(duì)得到的各種檢測(cè)結(jié)果要進(jìn)行綜合分析和評(píng)判，根據(jù)DL/T596-1996電力設(shè)備性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)順序，通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測(cè)的方法，在不停電的情況下，對(duì)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏且有效。經(jīng)驗(yàn)證明，油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及程度直接有關(guān)，它們之間存在不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

對(duì)變壓器故障部位的準(zhǔn)確判斷， 有賴于對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)的全面掌握， 并結(jié)合歷年色譜數(shù)據(jù)和其它預(yù)防性試驗(yàn)(如絕緣、泄漏、空載等) 進(jìn)行比較。

4.油中溶解氣體分析

變壓器故障檢測(cè)主要有電氣量檢測(cè)和化學(xué)檢測(cè)方法。在變壓器診斷中，單靠電氣試驗(yàn)方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障及發(fā)熱缺陷。油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測(cè)主要是通過變壓器油中特征氣體的含量、產(chǎn)氣速率和三比值法進(jìn)行分析判斷，它對(duì)變壓器的潛伏性故障及故障發(fā)展程度的早期發(fā)現(xiàn)具有有效性。實(shí)際應(yīng)用過程中，為了更準(zhǔn)確的診斷變壓器的內(nèi)部故障，色譜分析應(yīng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況、特征氣體的含量等采用不同的分析模型確定設(shè)備運(yùn)行是否屬于正常或存在潛伏性故障及故障類別。

油中溶解氣體分析法就是根據(jù)故障下產(chǎn)氣的累計(jì)性、故障下的產(chǎn)氣速率和故障下產(chǎn)氣的特性來檢測(cè)與診斷變壓器等充油電氣設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障的。在特定溫度下， 往往有某一種氣體的產(chǎn)氣率會(huì)出現(xiàn)最大值，這也證明了在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系， 而局部過熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。

利用氣相色譜法的特點(diǎn)和充油電氣設(shè)備內(nèi)部故障的類型及嚴(yán)重程度與某些特征氣體有著密切的關(guān)系，可以直接從絕緣油中分析各特征氣體濃度的大小，進(jìn)而來確定變壓器內(nèi)部是否有故障，特別是這一檢測(cè)技術(shù)可以在充油電氣設(shè)備不停電時(shí)進(jìn)行，定期對(duì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部狀況進(jìn)行診斷，且不受外界因素的影響。因此，多年來利用氣相色譜法分析油中溶解氣體，檢測(cè)充油電氣設(shè)備潛伏性故障，已在國(guó)內(nèi)外普遍使用，成為變壓器等充油電氣設(shè)備絕緣監(jiān)督的一個(gè)重要手段。

在判斷設(shè)備內(nèi)有無故障時(shí)，首先將氣體分析結(jié)果中的幾項(xiàng)主要指標(biāo)，（H2，∑CH，C2H2）與下表進(jìn)行比較。

正常變壓器油中氣，烴類氣體含量的注意值

注：表中值是根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)19個(gè)省市6000多臺(tái)次變壓器制定，其中統(tǒng)計(jì)超過注意值的變壓器臺(tái)數(shù)占總臺(tái)數(shù)的比例為5%左右。

當(dāng)任一項(xiàng)含量超過注意值時(shí)都應(yīng)重視。但這些注意值不是劃分設(shè)備有無故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)，如有的設(shè)備因某種原因使氣體含量較高，超過注意值，也不能斷言判定有故障，因?yàn)榭赡懿皇潜倔w故障所致，而是外來干擾引起的基數(shù)較高，這時(shí)應(yīng)與歷史數(shù)據(jù)比較，若沒有歷史數(shù)據(jù)，則需要確定一個(gè)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)周期進(jìn)行追蹤分析。又如有些氣體含量雖低于注意值，但含量增長(zhǎng)迅速時(shí)，也應(yīng)追蹤分析。總之：不要以為氣體含量超過注意值就判斷為故障，甚至采取內(nèi)部檢查修理或限制負(fù)荷等措施。而最終判斷有無故障的，是把分析結(jié)果絕對(duì)值超過規(guī)定的注意值，且產(chǎn)氣速率又超過10%的注意值時(shí)，才判斷為存在故障。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］河南中分儀器股份有限公司.氣相色譜儀培訓(xùn)教材，2011.

［２］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17623-1998.絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測(cè)定法.

［３］中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T722-2000.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則.

［４］中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T703-1999.絕緣油中含氣量的氣相色譜測(cè)定法.

［５］董其國(guó)編著.電力變壓器故障與診斷.中國(guó)電力出版社[M]，2000:37.

［６］河南中分儀器股份有限公司.氣相色譜儀（講義）.