变压器油气相色谱在检测变压器内部故障的应用

蔡海斌张博王维铭

（国网辽宁省电力有限公司检修公司）

摘要：电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换，电能分配和传输，并提供电力服务。因此，变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证，必须最大限度地防止和减少变压器故障和事故的发生。

关键词：变压器；气相色谱分析；检测；内部故障

引言

变压器故障的检测技术是准确诊断故障的主要手段，根据DL／T596—1996电力设备预防性试验规程规定的试验项目及试验顺序，主要包括油中气体的色谱分析、直流电阻检测、绝缘电阻及吸收比、极化指数检测、绝缘介质损失角正切检测、油质检测、局部放电检测及绝缘耐压试验等。在变压器故障诊断中应综合各种有效的检测手段和方法，对得到的各种检测结果要进行综合分析和判断。因为不可能具有一种包罗万象的检测方法，也不可能存在一种面面俱到的检测仪器，只有通过各种有效的途径和利用各种有效的技术手段，包括离线检测的方法、在线检测的方法；包括电气检测、化学检测、甚至超声波检测、红外成像检测等等，只要是有效的，在可能条件下都应该进行相互补充、验证和综合分析判断，才能取得较好的故障诊断效果。

一、变压器故障的油中气体色谱检测

1.1油色谱分析的基本原理

油色谱分析的原理是基于任何一种特定的烃类气体的产生速率随温度的变化而变化，在特定温度下，往往有某一种气体的产气率会出现最大值；随着温度升高，产气率最大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2。这也证明在故障时温度与溶解气体含量之间存在着对应的关系。而局部过热、电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。

1.2电力变压器故障的分类与诊断

电力变压器的内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型。据有关资料介绍，在对450台故障变压器的统计表明：过热性故障占63％；高能量放电故障占18．1％；过热兼高能量放电故障占10％；火花放电故障占7％；受潮或局部放电故障占1．9％。而在过热性故障中，分接开关接触不良占50％；铁心多点接地和局部短路或漏磁环流约占33％；导线过热和接头不良或紧固件松动引起过热约占14．4％；其余2．1％为其他故障。针对上述故障，根据色谱分析数据进行变压器内部故障诊断时，应包括：

1.2.1分析气体产生的原因及变化。

1.2.2判定有无故障及故障的类型。如过热、电弧放电、火花放电和局部放电等。

1.2.3判断故障的状况。如热点温度、故障回路严重程度以及发展趋势等。

1.2.4提出相应的处理措施。如能否继续运行，以及运行期间的技术安全措施和监视手段或是否需要吊心检修等。若需加强监视，则应缩短下次试验的周期。

二.根据气体含量变化分析判断

2.1氢气H2变化。

变压器在高、中温过热时，H2一般占氢烃总量的27％以下，而且随温度升高，H2的绝对含量有所增长，但其所占比例却相对下降。变压器无论是热故障还是电故障，最终都将导致绝缘介质裂解产生各种特征气体。由于碳氢键之间的键能低，生成热小，在绝缘的分解过程中，一般总是先生成H2，因此H2是各种故障特征气体的主要组成成分之一。变压器内部进水受潮是一种内部潜伏性故障，其特征气体H2含量很高。客观上如果色谱分析发现H2含量超标，而其他成分并没有增加时，可大致先判断为设备含有水分，为进一步判别，可加做微水分析。

2.2乙炔C2H2变化。

C2H2的产生与放电性故障有关，当变压器内部发生电弧放电时，C2H2一般占总烃的20％--70％，H2占氢烃总量的30％～90％，并且在绝大多数情况下，C2H4含量高于CH4。当C2H2含量占主要成分且超标时，则很可能是设备绕组短路或分接开关切换产生弧光放电所致。如果其他成分没超标，而C2H2超标且增长速率较快，则可能是设备内部存在高能量放电故障。

2.3甲烷CH4和乙烯C2H4变化。

在过热性故障中，当只有热源处的绝缘油分解时，特征气体CH4和C2H4两者之和一般可占总烃的80％以上，且随着故障点温度的升高，C2H4所占比例也增加。

2.4一氧化碳CO和二氧化碳CO2变化

无论何种放电形式，除了产生氢烃类气体外，与过热故障一样，只要有固体绝缘介入，都会产生CO和CO2。但从总体上来说，过热性故障的产气速率比放电性故障慢。由于CO、CO2气体含量的变化反映了设备内部绝缘材料老化或故障，而固体绝缘材料决定了充油设备的寿命。因此必须重视绝缘油中CO、CO2含量的变化。

2.4.1绝缘老化时产生的CO、CO2

正常运行中的设备内部绝缘油和固体绝缘材料由于受到电场、热度、湿度及氧的作用，随运行时间而发生速度缓慢的老化现象，除产生一些气态的劣化产物外，还会产生少量的氧、低分子烃类气体和碳的氧化物等，其中碳的氧化物CO、CO2含量最高。

2.4.2故障过热时产生的CO、CO2。

固体绝缘材料在高能量电弧放电时产生较多的CO、CO2。由于电弧放电的能量密度高，在电应力作用下会产生高速电子流，固体绝缘材料遭到这些电子轰击后，将受到严重破坏，同时，产生的大量气体一方面会进一步降低绝缘，另一方面还含有较多的可燃气体，因此若不及时处理，严重时有可能造成设备的重大损坏或爆炸事故。充油设备中固体绝缘受热分解时，变压器油中所溶解的CO、CO2浓度就会偏高。试验证明．在电弧作用下，纯油中CO占总量的0--1％，CO2占0-3％；纸板和油中CO占总量的13％一24％，CO2占1％一2％；酚醛树脂和油中CO占总量的24％一35％，CO2占0一2％。230-600℃局部过热时，绝缘油中产生的气体CO2含量很低，为0．017一0.028mg/g，CO不能明显测到。

2.4.3气体成分变化。

由于在实际情况下，往往是多种故障类型并存，多种气体成分同时变化。且各种特征气体所占的比例难以确定。如当变压器内部发生火花放电，有时总烃含量不高；但C2H2在总烃中所占的比例可达25％一90％，C2H4含量约占总烃的20％以下，H，占氢烃总量的30％以上。当发生局部放电时，一般总烃不高，其主要成分是H2，其次是CH4，与总烃之比大于90％。当放电能量密度增高时也出现C2H2，但它在总烃中所占的比例一般不超过2％。应注意，不能忽视H2和CH4增长的同时，接着又出现C2H2，即使未达到注意值也应给予高度重视。因为这可能存在着由低能放电发展成高能放电的危险。

结语

变压器油色谱分析是为大家提供变压器内部故障征兆和掌握故障发展情况的一种科学办法，也是各类变压器大、小修以及定检的常规项目，通过变压器的油色谱分析，能帮助我们更好的了解被测变压器内部绝缘情况，绝缘老化程度是否在可掌控范围，因此掌握变压器油色谱分析的方法，是我们维护好变压器设备的有效保证。

参考文献：

[1]王荣民；沈国惠；；气相色谱分析中产生鬼峰的原因及其防止方法—岛GC-7AG进样系统简介[J]；化工自动化及仪表；1980年10期

[2]李江林；；气相色谱分析在煤矿供电方面的应用[J]；煤矿机电；1991年05期

作者简介：

蔡海斌，1980年2月，男，汉族，籍贯：陕西西安，职称：工程师，学位：本科，研究方向：变压器油油质试验，变压器油气相色谱，单位：国网辽宁省电力有限公司检修公司；

张博，1987年2月，女，汉，沈阳，职称：助理工程师，研究方向：变压器油油质试验；

王维铭，1987年10月男满族，籍贯：辽宁省葫芦岛市，职称：助理工程师，学位，本科：电气工程及其自动化。