變壓器油中溶解氣體的分析與故障判斷

步長鋒

【摘要】變壓器油和纖維絕緣材料在運(yùn)行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中，但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障條件時(shí)，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會出現(xiàn)早期跡象，因此，對變壓器產(chǎn)生氣體進(jìn)行適當(dāng)分析即能檢測出故障。

【關(guān)鍵詞】變壓器油中溶解氣體故障判斷

隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的延長，變壓器可能產(chǎn)生初期故障，油中某些可燃性氣體則是內(nèi)部故障的先兆，這些可燃?xì)怏w可降低變壓器油的閃點(diǎn)，從而引起早期故障。

變壓器油和纖維絕緣材料在運(yùn)行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等材料催化作用的影響而老化和分解，產(chǎn)生的氣體大部分溶于油中，但產(chǎn)生氣體的速率是相當(dāng)緩慢的。當(dāng)變壓器內(nèi)部存在初期故障或形成新的故障條件時(shí)，其產(chǎn)氣速率和產(chǎn)氣量則十分明顯，絕大多數(shù)的初期缺陷都會出現(xiàn)早期跡象，因此，對變壓器產(chǎn)生氣體進(jìn)行適當(dāng)分析即能檢測出故障。

一、變壓器油中的氣體類別

氣相色譜法正是對變壓器油中可燃性氣體進(jìn)行分析的最切實(shí)可行的方法，該方法包括從油中脫氣和測量兩個(gè)過程。礦物油是由大約2871種液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成的，通常只鑒別絕緣油中的氫氣（H2）、氧氣（O2）、氮?dú)猓∟2）、甲烷（CH4）、一氧化碳（CO）、乙烷（C2H6）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）9種氣體，將這些氣體從油中脫出并經(jīng)分析，證明它們的存在及含量，即可反映出產(chǎn)生這些氣體的故障類型和嚴(yán)重程度。油在正常老化過程產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2），油絕緣中存在局部放電時(shí)（如油中氣泡擊穿），油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫氣（H2）和甲烷（CH4）。在故障溫度高于正常運(yùn)行溫度不多時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷（CH4），隨故障溫度的升高，乙烯（C2H2）和乙烷（C2H6）逐漸成為主要物征氣體；當(dāng)溫度高于1000℃時(shí)（如在電弧弧道溫度300℃以上），油裂解產(chǎn)生的氣體中含有較多的乙炔（C2H2），如果故障涉及到固體絕緣材料時(shí)，會產(chǎn)生較多的一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）。

二、如何判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)

運(yùn)用五種特征氣體的三對比值判斷電氣設(shè)備的故障性質(zhì)：

（1）C2H2/C2H4≤0.10.1

C2H4/C2H6<1時(shí)，屬變壓器已正常老化。

（2）C2H2/C2H4≤0.1CH4/H2<0.1

0.1

（3）0.1

0.1

（4）1

C2H4/C2H6>3時(shí)，有工頻續(xù)流的放電、線圈、線餅、線匝之間或線圈對地之間油的電弧擊穿。

（5）C2H2/C2H4≈30.1

C2H4/C2H6≈3時(shí)，屬低能量的放電，隨著火花放電強(qiáng)度的增長，特征氣體的比值逐漸增加到3，故障可能是懸浮電位體的連續(xù)火花放電或固體材料之間油的擊穿。

（6）C2H2/C2H4≤0.10.1

1

（7）C2H2/C2H4≤0.11

C2H4/C2H6<1時(shí)，屬300℃以下的低溫?zé)峁收稀?/p>

（8）C2H2/C2H4≤0.11

1

（9）C2H2/C2H4≤0.11

C2H4/C2H6>3時(shí)，屬高于700℃的高溫?zé)峁收稀?/p>

造成（7）、（8）、（9）的主要原因是由于磁通集中引起的鐵芯局部過熱，在實(shí)際中出現(xiàn)沒有包括的比值組合，可能是過熱和放電同時(shí)存在或有載調(diào)壓變壓器的切換開關(guān)油室滲漏。

三、發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)的處理

（1）取油樣觀察，有無懸浮顆粒，有無芳香氣味等外觀檢查和油中溶解氣體的色譜分析。

（2）考察故障的發(fā)展趨勢，也就是故障點(diǎn)（如果存在的話）的產(chǎn)氣速率是與故障消耗能量大小，故障部位，故障點(diǎn)的溫度等情況有關(guān)。

（3）當(dāng)認(rèn)為變壓器內(nèi)部存在故障時(shí)，可用三比值法對故障的類型作出判斷。

（4）在氣體繼電器內(nèi)部出現(xiàn)氣體的情況下，應(yīng)該將繼電器內(nèi)氣樣的分析結(jié)果與油中取出氣體的分析的結(jié)果作比較。