如何有效利用氣相色譜分析判斷變壓器故障

段改花（大唐韓城第二發電有限責任公司，陜西渭南 715400）

如何有效利用氣相色譜分析判斷變壓器故障

段改花
（大唐韓城第二發電有限責任公司，陜西渭南 715400）

目前電力變壓器多使用油浸式變壓器。當變壓器發生故障時，會引起故障點附近的油加速裂解，不斷通過擴散、對流的方式溶入變壓器油中，通過對變壓器油中氣體的色譜分析，可診斷出變壓器存在的一些故障，結合其他手段可對變壓器內部故障進行分析判斷，為變壓器運行做出指導性判斷依據。本文介紹了韓二公司1C主變色譜分析過程中的異常故障判斷及處理過程，為設備持續運行提供了依據。

變壓器 色譜分析 故障判斷 處理

油浸變壓器油在設備運行過程中，發生絕緣下降、接觸不良以及匝間、相間故障時，產生大量氫、一氧化碳、二氧化碳及烴類氣體，故障產生機理和故障嚴重程度不同，產生的氣體成分、組成、產氣速率也不同。日常變壓器中故障的發展是量變到質變的積累，所以利用氣相色譜對運行變壓器油中氣體進行色譜分析，是監督變壓器安全運行的有效手段。

1 氣相色譜分析中故障氣體基本判斷

1.1 特征氣體分布擴散分析

變壓器油在長期的電流、電弧沖擊作用下，油分子裂解，當電流電弧強烈或連續作用時，產生大量小分子碳氫化合物，甚至生成碳分子及乙烯、乙炔、及氫氣，絕緣材料則氧化生成一氧化碳、二氧化碳等氣體，引線處、油紙間隙等的電位差引起的放電發熱，使油發生老化，并從這些部位向周圍擴散，從循環良好的固定部位取樣，可對故障氣體進行持續的對比分析。

1.2 氣相色譜分析程序及注意事項

對變壓器油中所含氣體進行色譜分析，對氣體成分、含量及比例進行分析判斷，按照《變壓器油中溶解氣體分析及判斷導則》可對其進行潛在故障判斷，確定故障類型。

變壓器油氣相色譜分析程序一般如下：取40毫升變壓器油，注入5毫升氮氣，然后在50℃進行振蕩20分鐘，然后抽出振蕩脫出氣體，取0.5毫升注入已標定的色譜儀，在載氣帶動下，不同氣體因吸附能力不同運動速度不同，各組分分離從而分別進行測定。

色譜分析過程中，對油樣的采取、振蕩和色譜分析有嚴格的要求，以下幾點必須遵守：

（1）是油樣的采取嚴格按照變壓器油取樣標準要求密封取樣，確保油樣的代表性。

（2）是正常情況下，油樣采取位置不宜更換。因為油中氣體擴散的規律性，隨意更換取樣點可能導致前后兩次化驗結果的不可比性。

（3）振蕩時間、振蕩溫度必須一致。不同溫度、時間對油中氣體的析出有影響。

（4）標準氣體的校正每次試驗必須進行，當校正因子發生較大變化時，必須分析原因，更換新標氣進行驗證。

1.3 故障判斷程序

油中氣體成分經過氣相色譜分析后，首先對各特征氣體組分含量是否超過國標給定的推薦標準，計算產氣速率。若氫、C1+C2、乙炔均未超出標準，且與上次色譜分析相比，產氣速率未超出標準，則判定變壓器無異常故障。否則，則按照《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》進行分析判斷進行三比值法判斷，分析歷史數據，初步確定故障類型，并結合電氣試驗等進行綜合判斷。

2 氣相色譜分析實例

2.1 1C主變壓器色譜分析結果應用及處理

韓二公司1C主變壓器為西電變壓器廠生產，型號為DFP-240000，2005年5月18日投運，2006年月1日16日定期化驗結果正常，4月17日定期化驗發現總烴超標，進行復檢確認結果無誤，遂對結果進行分析。測定結果見下表1。

（1）產氣速率計算及初步判斷：

絕對產氣速率Ra=（Ci2- Ci1）/△t*（m/ρ） （mI/d）

其中，Ci2、Ci1分別為前后兩次測定的特征氣體含量，△t為兩次測時間差，93天；m為變壓器油質量，25.5噸；ρ為變壓器油密度，取0.88t/m3。

計算各成分絕對產氣速率為：總烴49.33，H25.58，C2H67.18，CH423.93，C2H418.22，CO 3.36。

相對產氣速率 Rr=（Ci2-Ci1）/Ci1/△t*100 （%/月）

各成分相對產氣速率為：總烴 94.35，H235.79，C2H6108.27，CH4107.53，C2H477.87，CO 4.33。

從產氣速率來看，已超過GB7252中規定的產氣速率，所以初步判斷變壓器存在內部故障。

（2）利用特征氣體法判斷故障：

從產生故障氣體來看，總烴、CH4、C2H4增長很快，為主要特征氣體，C2H6次之，產氣速率也能看到，CH4、C2H4、C2H6三者產氣速率遠遠超出其他氣體，由GB7252表1初步判定，故障類型為變壓器中油過熱。

（3）利用三比值法判斷故障：

按4月17日氣體進行三比值判斷：C2H2/C2H4=0；CH4/H2= 2.9；C2H4/C2H6=2.77

查得比值編碼為021，判斷為中溫故障，推斷故障類型為裸金屬過熱，可能發生的故障為分接開關接觸不良、引線螺絲松或接頭焊接不良等。

2.2 故障的分析判斷后處置

1 號機組停運后，按照分析的故障點，對變壓器進行了故障盤查，最終發現變壓器分接開關處有一焊點浮焊，其他故障未發現，對這一故障點進行消除，并經濾油后，投入使用連續監測色譜分析結果正常，總烴小于5μl/l，運行1月后，總烴仍小于10μl/l。

3 結語

通過對變壓器油中氣體色譜分析，可以有效發現變壓器內部存潛在的早期故障。準確進行變壓器油的取樣化驗，做好每次色譜分析的比對分析和故障判斷，對變壓器穩定運行有著十分重要的意義。但由于方法、技術存在一定的局限，所以有必要與設備實際運行情況、電氣試驗結果及優質常規試驗分析結果相結合，才能做出更加準確的判斷，確保變壓器的安全可靠運行。

表1