变压器油色谱分析与故障判断

徐涛

中国能源建设集团江苏省电力建设第一工程有限公司，江苏省南京市， 210000

摘要：变压器油作为变压器的主要绝缘介质，对变压器绝缘、散热、灭弧起到非常重要的作用，并且定期的对变压器油性能进行化验，可以映射出变压器内部可能存在的问题,对保障设备稳定运行有重大帮助。

关键词：变压器油、色谱分析、故障判断

一、变压器油的作用

变压器油是一种石油的分馏产物, 我国现行的相关标准是《电工流体 变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》GB2536, 对变压器油牌号的分界根据油凝点高低来界定, 分为10 #、25#和45#三类。10#变压器油采用石蜡基油生产，25#变压器油采用中间基油产或是采用环烷基油生产, 45#变压器油采用环烷基油生产。运用在变压器中主要包含以下作用：

散热冷却作用：变压器在带电运行过程中，由于线圈中有电流通过，“铜损”和“铁损”均以发热的形式表现出来，致使热量集聚，温度上升。如果不设法散热，必然会使线圈内部温度过高，当温度超过某一数值时，会损坏线圈和铁芯间的固体绝缘材料，造成短路，损坏变压器。变压器油的比热大，运动黏度底，热传导性良好，可以将损耗产生的热量经过绝缘材料或直接传递给变压器器身。运行时变压器油温度升高，相应的比重降低，借助自身的对流或外部的强迫循环，热的油在变压器器身内上升到上部，下部较冷的变压器油也跟着上流。上部温度较高的油进入变压器四周的散热片，把其中的热量传递给外界，从而达到散热的目的，保证变压器的正常运行。

绝缘防潮防氧化作用：常用的环烷基变压器油主要成分是环烷烃，其最大的特点是介电常数高、介质损耗小，绝缘强度高。有资料显示，空气的介电常数为1.0，而变压器油的介电常数介于2.2~2.4之间，相比较而言，变压器绝缘油的绝缘强度比空气高很多。当变压器器身全部浸没在变压器油内时，大大提高了绝缘强度，可以更有效的保证变压器的安全运行。变压器油不会因受到空气和水分的侵蚀而很快变质，将绝缘材料浸没在变压器油中，能起到将铁芯和线圈等组件与空气和水分隔离的作用，使其免受潮气侵蚀。变压器油填充在绝缘材料中，可以减少其中易于氧化的纤维素吸收的氧含量，起到保护铁芯、线圈以及固体绝缘组件材料氧化的作用。

诊断变压器内部故障的作用：随着应用实践的发展，人们实现了通过油中溶解气体分析来诊断变压器内部故障的目的。变压器油中的气体主要有两个来源：1）变压器内部绝缘物质在运行中受各种因素的影响，逐步分解劣化，分解的产物大部分溶解在变压器油中，此为正常运行条件下产生的气体；2）变压器内部存在故障时，变压器油和固体绝缘材料会不同程度的产生一定量的特征气体溶解在变压器油中，此为故障状态时产生的气体。对变压器油内的气体进行持续定期的检测，可以起到对变压器内部设备情况进行监控、分析的作用。

二、变压器油色谱分析原理

变压器油的色谱分析技术，主要建立在油中所含溶解气体类别及其与变压器内部存在故障之间的对应联系所使用的故障诊断方法，依照气体含量和组成成分对变压器是否存在异常情况加以判断，从而对其所存在的故障类型、发生部位、发展趋势以及严重程度进行及时诊断。已经成为对变压器潜在故障及威胁进行检测，保障其在实际运行中的安全性及稳定性的重要方法和关键手段。

变压器油作为石油内部中所分离出的矿物油，其所包含的绝缘成分主要包括矿物绝缘油以及石油当中所含的固体式有机绝缘物质。在变压器油的正常使用过程中，其内部所含有的绝缘油及其他绝缘物质会逐渐变质和老化，同时伴有氢气、乙烷、甲烷、乙炔、乙烯、一氧化碳以及二氧化碳等少量气体排出。一旦变压器的内部出现故障，则此类气体的释放量就会迅猛增长。

通常而言，将对故障诊断具有实际意义的气体，如H₂，CH₄，C₂H₆，C₂H₄，C₂H₂，CO，CO₂称作特征气体，而将CH₄，C₂H₆，C₂H₄，C₂H₂，这4类气体的含量总和称作总烃。根据变压器油内部溶解的气体组分对故障类型进行判断的具体情况，可见以下表格：

变压器油中溶解气体色谱分析作为检测充油电气设备潜伏性故障的一种方法, 已得到了广泛的应用，各类技术文章对其应用方法进行了广泛的讨论。但有时在油中出现特征气体并不是因为设备本体存在故障，尤其是对于新装变压器。下面给出几个可能造成新装变压器油某些气体指标超标的原因。

三、新装变压器油指标超标的原因及处理措施：

氢气单项含量高：如上表所示，当色谱分析发现H₂含量超标, 而其他成分并没有增加时, 可大致判断为变压器油中水分含量超标。为进一步判别, 可对变压器油进行微水分析和击穿电压试验。如果油击穿电压降低,且含氢量的变化滞后于微水含量的变化, 因为油中含氢量的高低与微水含量呈正比关系,可进一步确认因为水分增加导致含氢量增高。遇到此种情况，应首先对变压器的气密性进行检查，防止因为器身气密性不达标，导致器身内部的变压器油与空气接触，造成含水量升高。确认气密性完好后，应该对变压器进行热油循环，选用的油循环设备应能够满足变压器进油口的油温达到设备厂家的要求值。需要说明的是，由于设备受潮时固体绝缘材料含水量比油中含水量要大很多倍, 而且它们之间的水分存在相对平衡。如果热油循环一段时间后，微水指标仍然超标，则有理由怀疑有绝缘材料受潮的因素，应结合绝缘测试结果对变压器内部固体绝缘进行干燥处理。

产生乙炔气体：乙炔通常是变压器油在800℃以上的高温下发生热解的产物, 即油中出现乙炔是放电或高温故障的一个重要特征气体。正常情况下变压器油很少会出现，但有时变压器内不存在故障，由于其他原因变压器油中也会出现乙炔，而且这些情况下变压器的乙炔含量往往维持在较低的水平。由于变压器未经过运行, 排除了在运行中油出现乙炔的因素。变压器在投运前油中出现乙炔可能有以下原因：

(1) 变压器本体、附件出厂时，残油中就存在乙炔。如厂家提供的变压器油中本身就含有乙炔, 或出厂前在对变压器进行耐压试验、局放试验过程中产生放电产生的乙炔等。针对这种情况，应对到场的变压器本体残油进行分析，并用合格的同牌号变压器油对附件进行冲洗。

(2) 现场油处理设备引起。例如, 滤油机加热元件故障或油泵停运而加热元件仍工作而引起加热器中的油过热分解。此时就要求对真空注油和油循环的整个过程实施专人监护。

(3) 对变压器器身或附件进行过补焊。油箱补焊时的温度达1000℃, 油遇高温裂化分解产生大量特征气体，焊接区的高温可能会引起油分解而产生乙炔。新装变压器发生变压器密封不达标的情况，不推荐采用带油补焊的措施。

结束语：

本文介绍了变压器油在变压器稳定运行中起到的作用，对变压器油色谱分析原理进行了介绍，在此基础上探究了色谱分析在新装变压器油指标超标时故障诊断中起到的作用，并给出了一些具体的解决方法。在我国的电力行业中，变压器对于整个供电系统来说非常的重要，其作用不可替代。通过变压器油色谱分析的结果对变压器内部进行监控，保证设备稳定运行，促使我国电力供应系统运行水平不断提高

参考文献：

[1] 王树森.变压器绝缘材料（27）[J]. 变压器，2005，42（2）：38-39.

[2] 陈南清.变压器油化验在数据分析与诊断中的应用[J].科技创新与应

用，2016（08）：197.