關于油氣分析電力變壓器故障診斷的研究

王舒

摘? 要：電力變壓器在長期使用運行過程中，固體絕緣材料和變壓器油處于電場、熱和氧、濕度、溫度等環境，受次影響，不斷老化，能夠分解出少量的H2、CH4、CO和CO2等氣體，慢慢溶解于變壓器油中，致使混合氣體密度不斷增加，根據變壓器油中的氣體含量及變化速度能夠及早發現絕緣材料及變壓器油的老化程度，進而實現對變壓器發生故障的預判診斷，有效地防止事故發生。本文就油氣分析電力變壓器故障診斷的方法措施進行研究。

關鍵詞：電力變壓器;油中氣體分析;故障診斷

電力傳輸系統主要的設備就是油氣變壓器，電網的安全平穩和可靠的運行，跟油氣變壓器的工作質量狀況息息相關，油氣變壓器正常健康運行、運轉，才能夠保障發電廠生產的電能通過輸變電網，順利到達電力客戶端，對經濟發展和人民生活提供綠色能源和動力。通過變壓器油中積累殘留的H2、C2H2、C2H4、CH3、CO和CO2等氣體成分的含量密度變化的分析，結合相關經驗，能夠判斷出絕緣部件、變壓器等的老化變化現狀，進而實現對油氣變壓器預期故障的有效診斷，有利于電力設備有準備地進行養護維護，確保電力能源供應正常順利。

1油氣分析電力變壓器故障診斷的工作原理

當前，輸變電網中普遍采用的變壓器為油浸式變壓器，這來變壓器的主要絕緣材料就是油，同時，油也是變壓器運行工作狀態下，控制溫度，確保變壓器安全運行的主要保障措施。油氣分析電力變壓器故障診斷的工作原理就是通過對變壓器油中混合氣體含量分析診斷變壓器部件老化故障的具體表現。

1.1油浸式變壓器的組成結構

目前，在城鄉居民生活、軌道交通以及工礦企業的輸變電網改造中，應用的組合式變壓器、預裝式變電站使用的變壓器中。廣泛應用的變壓器就是油浸式變壓器，主要有12種部件組成，即：（1）鐵芯;（2）繞組;（3）油箱;（4）油枕;（5）呼吸器;（6）防爆管;（7）散熱器;（8）絕緣套管;（9）分接開關;（10）氣體繼電器;（11）溫度計;（12）凈油器等。其中，油箱是變壓器的外殼，也是變壓器油的容器。一般用厚度為10㎜左右的鋼板焊制而成。油箱分為平頂式、拱頂式兩種結構。中小型變壓器的裝配制造多使用平頂式油箱。大型變壓器的裝配制造多用拱頂式油箱。油箱一般做成橢圓形，內壁焊接槽鋼、工字鋼材料的水平腰箍或者垂直加強帶，以增加機械強度，減少油量。小容量變壓器在油箱上配裝散熱器。大容量變壓器設置安裝散熱器的法蘭，另裝加載潛油泵和風扇的散熱器。

1.2變壓器油的作用

變壓器油是設備需要的主要絕緣物質，硅鋼片層間長期浸入變壓器油，滲入其中，油的彈性緩沖，使變壓器噪聲小。變壓器過負荷信號動作的溫度控制是靠油對溫度的調節來實現的，一般有油浸自冷式控溫、油浸風冷式控溫和強迫循環式控溫3種方式，自冷式控制調節溫度就是靠油的對流帶散發熱量。風冷式控制調節溫度基于自冷式加風扇對油箱、油管吹風散熱。強迫油循環式溫度調節控制用油泵把變壓器熱油抽出外冷卻循環降溫。油浸變壓器應在規定的冷卻環境中才能安全運行，頂層油溫≤90℃，一般報警設在80℃，監測溫度不宜長期≥85℃，主要防止變壓器絕緣老化較快。因此，加裝綜側儀，要每月下載數據，對過負荷趨勢進行分析，有必要更要縮短數據下載周期，測算分析過負荷期間變壓器油的溫度，診斷故障隱患，檢查過負荷原因，確保設備安全生產。

2油氣分析電力變壓器故障診斷的工作原理

變壓器油箱內以油為主的絕緣介質材料在長期運行中，尤其是過負荷狀態下運行，絕緣材料受電場、溫度、濕度等環境條件的作用，發生老化（化學變化），就會產生H2、C2H2、CH5、C2H4、CH3、CO和CO2等氣體，溶解在油內，不同絕緣介質發生化學反應的速率程度，產生的氣體品種在混合氣體總數的占比是不同的，因而，在對油浸變壓器設備進行故障診斷時，運用C2H2與C2H4的比值，CH5與H2的比值，C2H4與C2H6比值，三種比值的大小，分析判斷變壓器的故障隱患發生的趨勢。綜測儀能夠監測到油內的各種氣體成分的變化數據信息，計算機數據處理器，按照相關的技術規程，分析數據，實現對變壓器故障發生趨勢或者隱患存在的檢測診斷。由于油內積存的CO和CO2氣體都是高溫狀態下變壓器油的產物，跟其他絕緣部件材料沒有直接關系，檢測軟件直接根據C2H2/C2H4、CH5/H2、C2H4/C2H6三個比值進行故障診斷分析。

3油氣分析電力變壓器故障診斷的探究

一般的發電廠變電站、城鄉、工礦企業的供電線網中，均使用油浸變壓器作為電力傳輸的主要設備，其工作狀態下，發生故障有兩種形式，一種是外部故障，表現為部件的破損、變形或者腐蝕引發的短路、高溫，或者雷害的作用造成供電中斷;另一種就是內部故障，也就是變壓器油箱內部的部件發生短路，導致變壓器燒毀或者爆炸，發生事故;油箱內部部件的短路就是固體絕緣物質發生了化學反應，物質結構有了改變，失去了絕緣功能，導致部件短路。要對變壓器內部部件故障進行有效的診斷分析，分別采用以下措施：

① 用色譜檢測儀檢測分析變壓器油中溶解的H2、C2H2、CH5、C2H4、CH3、CO和CO2等氣體含量，得出準確數值。

② 利用改良三比值技術分析C2H2/C2H4、CH5/H2、C2H4/C2H6，的結果，進行故障的判斷和排除。

③ 經過分析、判斷，對故障隱患的存在，機故障發生的趨勢，進行預測，及時改進維護措施，確保變壓器安全運行。

結束語：

綜上所述，油氣分析電力變壓器故障診斷的技術在信息技術的支持下，應用了軟件分析和大數據、云計算技術，實現了質的飛躍，所以我們需要不斷探討研究，與時俱進，實現對變壓器發生故障的預判診斷。

參考文獻：

[1]周潔. 電力變壓器常見故障分析及預防措施[J]. 電世界， 2020， 61（11）：2.

[2]劉漢鑫. 電力變壓器故障分析與診斷探討[J]. 華東科技：綜合， 2018（10）：1.

[3]萬能飛. 基于油氣分析優化的電力變壓器故障診斷算法研究[D].重慶大學，2015.

[4]趙俊，雷偉.關于油氣分析電力變壓器故障診斷的研究[J].低碳世界，2013（22）：67-68.

[5]梅紅爭. 基于油中氣體分析的電力變壓器故障診斷研究[D]. 長春工業大學， 2019.