變壓器油色譜及故障判斷探析

摘要：文章闡述了變壓器油色譜分析的理論依據，分析了色譜分析的常用方法，提出了色譜分析對變壓器故障的判斷方法。

關鍵詞：變壓器油色譜；故障判斷；色譜分析

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0127-02

1 變壓器油色譜分析

通常情況下，當變壓器處于正常運行的過程中，其組成物質的性能也會隨著變壓器運行時間的增長而逐漸減退甚至是喪失，部分絕緣材料在運行過程中會逐漸地分解出少量的化學氣體。如果內部某一部分的溫度過高或者出現某一部分放電和電弧放電等事故時， 各種低分子的烴類和二氧化碳等氣體被分解的速度就會加快，分解出大量的這些氣體。油中分解出來的氣體形成氣泡， 在油流經或擴散的時候逐漸地在油里溶解。就會對變壓器的正常運行造成阻礙和影響。因為這種氣體的數量已經遠遠超過了溶解的數量，而部分沒有及時得到解決和處理的氣體則會進入到變壓器的內部，使繼電器發生移動，導致故障的產生，影響變壓器的正常運行，給變壓器的運行過程中埋下了風險隱患。在故障發生的初期階段，繼電器內部的溫度還沒有處于過高的狀態，繼電器內部所存在的氣體含量相對較少，如果在這個階段能夠全面、嚴謹地對油中氣體的組成成分進行分析和研究，含量的多少和發展的程度， 就可以查出變壓器內部潛伏的故障，采取措施阻止事故的發生。色譜分析是采用氣相色譜儀獲取各氣體的組成和含量。

2 常用的色譜分析的方法

2.1 對油中溶解的特征氣體含量進行分析

特征氣體主要包括總烴、H2、CO、CO₂ 等。不同故障條件下變壓器內部所形成的氣體的特征也都是不盡相同的。因此在對變壓器油色譜進行分析的過程中，可以根據變壓器內部氣體的不同特征進行分析和判斷。

2.2 根據故障點的產氣速率

由于設備的自身性質不同，有的設備即使氣體含量高于限定值，不一定就有故障；有的設備氣體含量雖然比限定值低，但若氣體的增長速度過快，就必須加以重視，分析是否存故障的隱患。因為氣體的產出速度更加直接地反映出是否存在故障，問題的后果是否嚴重，將會導致何種狀況等。產氣速度有絕對產氣速率和相對產氣速率兩種，對于變壓器故障的判斷依照絕對產氣速率為參考進行分析。

2.3 三比值法

除了對油中溶解的特征氣體含量進行分析或者根據故障點的產氣速率進行分析，變壓器油色譜分析過程中還有一種十分重要的方法就是三比值法，但有一定的局限性，一般情況下，只有在采用特征氣體含量分析和根據故障點的產氣速率所判定的結果可能存在偏差的時候才會使用三比值法對油色譜進行分析。

2.4 我國常用的測定儀器及其特點

目前，我國常用的測定儀器有島津GC14B 型與惠普HP6890 型氣相色譜儀，它們具有優良的性能、高度的靈敏性，但是價格較高。采用BSZ系列變壓器油色譜對于變壓器油的異常情況能夠及時發現，但是測定氣體的范圍有限。當前，隨著技術的發展，便攜式油中氣體測試儀已經得到了應用，這種儀器方便攜帶，使用簡單，可進行現場測定。存在的主要問題是測試的精確度不高。

2.5 變壓器油色譜分析與人工智能

當今，一些科研人員研制除了基于人工智能的變壓器故障診斷軟件，在實際的操作中也得到了應用。而這種變壓器故障診斷軟件的操作過程中主要是采用不同氣體的組成方式和變壓器運行過程中可能存在或發生的故障進行一一對比得出的。然而，這種軟件的局限性很明顯，因為從變壓器油中所分解出的氣體十分容易受到外界環境的影響而發生變化，因此，只能作為一種輔助性的方法，不能為主手段。

3 色譜分析對變壓器的故障判斷

3.1 過熱性故障

裸金屬過熱，指設備內的熱量只引起絕緣油的分解。它包括分接開關接觸不良、引線和分接開關的連接處焊接不牢等。油中氣體的特征是，烴類氣體逐漸增多，其中甲烷和乙烯是特征氣體占到總烴的80%左右，甲烷在故障點的溫度較低時比重較大，乙烯和氫氣在故障點溫度較高時的比例增加，但增幅度不如烴類氣體。隨著溫度的不斷升高，也出現少量的乙炔氣體。

固體絕緣過熱，指過高的溫度涉及固體絕緣材料，會產生大量的的低分子烴類氣體和少量的CO和CO₂。

低溫度過熱，由于變壓器長期過負荷或其他原因使繞組的固體絕緣長期承受局部的低溫度過熱，使油不能分解，出現在長期低溫度過熱加速絕緣紙的碳化。

3.2 放電性故障

電弧放電是指線圈匝間、層間絕緣擊穿，過電壓引起內部閃絡，引線斷裂引起的閃絡，分接開關飛弧和電容屏擊穿等引起電弧放電故障。

低能量放電是一種斷續的放電故障。故障的能量不大。

局部放電故障，常發生在油浸紙絕緣中的氣體空穴內或懸浮帶電體的空間內。

3.3 色譜分析法判斷故障應注意的問題

用色譜分析法判斷變壓器內部是否有故障，可以直接從絕緣油中分析氣體各特征氣體濃度的大小。因為各特征氣體濃度有明確規定的標準值。高于標準值可采用三比值法。

油中氣體分析可以及時發現設備內部的早期故障。但也有不足的地方。不能精確地判定設備內部的故障位置；容易錯誤判定具有同一氣體特征的不同故障類型。為了能夠進一步提高判斷的準確度和可靠性，在故障檢查過程中，故障檢測人員還可以結合相關的電氣實驗、油質分析等不同的方式對故障的形成原因進行多方面的檢查和判斷，從而準確地找出故障部位和導致故障形成的因素。

3.4 處理故障的方法

在線脫氣處理是一種降低變壓器油中的氣體含量的方法。把真空濾油機與變壓器油再生處理器進行串聯， 然后對變壓器油進行循環處理，10小時之后其中的烴類和一氧化碳、二氧化碳會下降。這樣處理之后，色譜值就會變小。

4 結語

在科學技術發展的不斷推動下，變壓器色譜判斷技術也將得到一定的提升，我們應該在現有技術的基礎上進行技術的創新，為變壓器的安全運行起到更大的作用。

參考文獻

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