變壓器油色譜在線檢測與故障診斷

馬繼元 鄭斌 馬海軍 馬夢鴿 張君浩 徐雅新

摘要：本篇文章分析了變壓器離線檢測的缺點，并介紹了在線檢測變壓器運行情況的一些方法，分析了變壓器氣相色譜檢測法工作的原理和優點，怎樣利用檢測出的數據對設備進行維修，根據實際情況闡述了氣相色譜檢測法在實際應用中需要注意的地方。

關鍵詞：變壓器;油色譜;在線檢測;故障診斷

引言

現在我國的直流輸電工程發展取得了很大的進步。換流變壓器是超高壓直流輸電系統中最重要的部件之一，換流變壓器工作情況決定了輸電系統的供電質量。檢測換流變壓器是為了避免變壓器出現絕緣，減少安全事故風險，為電力系統提供一個良好的運行環境。一般情況下，局部放電檢測需要以放電期間的電脈沖、聲波、發光和發熱情況為標準，通過觀察這幾個物理量能夠了解電力系統的運行情況。現在比較常用的檢測方法主要包括氣相色譜檢測法、脈沖電流法、超聲波檢測法、射頻檢測法、電磁波檢測法、光檢測法等。氣相色譜檢測法的優點是穩定性強、靈敏度強、操作簡單等，而且已經被廣泛的應用在換流變壓器檢測中，并且取得了不錯的效果。

1變壓器運行概述

設備維修的概念最早出現在二十世紀五十年代，那時候電網的電壓還很低，而且電容量也很少，及時電氣設備發生故障也不會造成太大的經濟損失，人們通常會在事故發生之后進行維修，因為傳統的離線檢測和定期停運試驗都是間斷性評估，所以早期很難排查并解決故障問題，電氣設備運行存在較大的安全隱患。這些年以來，傳感器和光纖技術得到了飛速的發展，并且已經應用到了電氣設備動態監測當中，實現了線上監測，可以第一時間掌握變壓器的工作情況。根據之前的檢測經驗和檢測標準來看，該技術的出現在檢測變壓器故障中有更好的效果，一旦出現故障將會在第一時間內報警，技術人員可以迅速的做出應對方案，在短時間內解決故障問題可以降低故障帶來的損失，是電網安全穩定工作的基礎保障。

變壓器長時間的工作狀態下，自身溫度匯變高導致變壓器老化，或者是變壓器放電等其他故障，可以檢測油中的其他類型和含量判斷變壓器是否出現了故障，通常需要檢測的氣體有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、乙炔、乙烯等，并且一般多為混合氣體。變壓器油中含有的氣體種類和含量是不一樣的，首先應該確定變壓器正常狀態下的氣體含量，通過對比就可以判斷變壓器是否發生了故障以及故障程度。現在應用比較多的檢測方法是氣相色譜分析法，該方法也叫作溶解氣體分析法，對判斷變壓器內部故障原因有很重要的作用。

2變壓器油色譜分析的原理和優點

氣相色譜分析法的檢測原理，需要通過氣體傳感器和色譜檢測兩種方法，對變壓器工作情況進行現場檢測。該方法主要包括了兩個環節，分別是定性分離和定量檢測。每一種氣體對應的色譜柱長度都是固定的，因此通過色譜柱可以把這些氣體分離出來，并判斷氣體的類型。然后利用檢測器分別檢測這些氣體的含量，這叫做定量檢測。完成以上操作以后就可以了解變壓器油的基本情況，根據變壓器內部情況判斷變壓器有沒有出現故障。在大量的試驗中發現，氣相色譜分析法有很多優勢，比如操作簡單耗時短，氣相色譜分析法分析一種氣體成分只需要花費1分鐘時間，而且可以分析多種氣體，檢測的氣體種類越多平均時間就越小。該方法的有分離能力較強，就算是復雜的氣體混合物也，只要化學性質和物理性質沒有太大的差別，也可以快速的分離開。該方法只需要收集少量的樣品，分析一個樣品往往收集幾毫升即可。

3變壓器內部的常見故障及原因

變壓器故障共有三種類型，分別是放電短路故障、過熱故障和設備進入空氣和水分的潛在故障。

3.1變壓器放電故障產生的原因

變壓器放電故障是一種比較常見的故障，放電類型也有很多種，例如火花放電、弧放電和局部放電。這三種放電故障有很明顯的區別;火花放電過程中產生的能量很少，主要原因是因為接觸不良，當電流互感器引線沒有和外殼放電以及鐵芯接地片緊密接觸時就會出現這種情況。弧放電故障產生的能量比較多，一般是因為線卷匝、層間絕緣擊穿、過電壓造成的。局部放電故障通常出現在變壓器引線、端部絕緣結構或突出的金屬電極表面，當油箱內壁上的焊渣會影響絕緣結構的電場分布，這就是造成局部放電的原因。

3.2變壓器過熱故障產生的原因

變壓器過熱故障根據溫度的高低可以分為高溫過熱、中溫過熱和低溫過熱。造成該故障的原因有下列幾種;引線接觸不良、鐵心兩點或兩點以上接地、分接開關接觸不良、鐵芯間短路、部分繞組短路或不同電壓比并列運行，以上現象都會導致循環電流溫度升高。

4氣相色譜數據的綜合判斷

三比值法作為當前我國廣泛應用的方法，完成檢測以后能夠將五種氣體相比就可以建立五個比值，按照經驗就可以確定比值范圍以及大小的含義，然后完成編碼可以對解決多種故障。這種辦法受到了世界各國的青睞，并且國際電工委員會也強烈認可這種方法。

4.1氣體產氣速率的注意值

氣體產氣速率也可以作為判斷變壓器內部故障的一個基本指標，產氣速率有兩種類型，分別是相對產氣速率和絕對產氣速率。前者有一個固定的參考標準，如果標準的氣體濃度比較低，誤差將會增加，所以絕對產氣速率應用的更為廣泛，穩定性也比較高，一般都是在氣體濃度即將超標或者已經超標的時候采用該辦法。

4.2對二氧化碳及一氧化碳的判斷

一般情況下，開放式變壓器中的油和空氣接觸后，會有部分空氣溶解到油中，不過飽和度不會大于10%，因此設備中的一氧化碳含量不會大于300μL/L，如果變壓器固體出現絕緣老化，或者是油被空氣氧化，一氧化碳和二氧化碳的含量大概率會快速增加。一旦發現一氧化碳或者二氧化碳濃度超過了7，技術人員就需要檢查固體絕緣材料老化情況。如果一氧化碳和二氧化碳含量在3以下，大概率是因為溫度超過200℃造成固體絕緣材料老化，為了提高判斷的準確性，需要計算出最后兩次測量數據的差值，根據差值再一次計算一氧化碳和二氧化碳的濃度，進一步確定故障和固體絕緣材料是否存在關系。

4.3乙炔含量分析及注意值

乙炔作為平時監控較為關鍵的指標之一，如果變壓器工作量好，油中是不會有乙炔的，所以可以根據乙炔判斷變壓器是否故障，如果乙炔的含量比較少則說明故障正在形成，如果乙炔的含量比較高說明故障已經出現，主要故障時擊穿故障。乙炔的含量不能作為判斷故障嚴重程度的依據，需要根據乙炔產氣速率來判斷，也可以確定故障發生位置。

5變壓器油氣相色譜分析的注意事項

如果變壓器是準備用于投運，油中氣體含量越低越好，如果發現了較高含量的H2、C2H2和（CH4+C2H2）等氣體，技術人員需要重點關注下列幾點;瓦斯有沒有開啟保護、瓦斯電氣中有沒有氣體、變壓器內部的有是否經過過濾脫氣處理、呼吸器硅膠變色是否在三分之二以下。檢查變壓器外殼焊接處密封情況，是否存在漏油問題。檢查繞組和鐵芯接地情況，檢查負荷是否超標，冷卻器油泵持續工作有沒有影響油的質量。

結語

總的來說，在線檢測可以根據數據判斷變壓器有沒有安全隱患和故障。通過三比值法可以準確的判斷出設備故障原因和類型。從而盡快采取解決辦法。當檢測人員發現數據出現波動，要提前進行預防并重視起來。

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