基于油中溶解气体分析和局部放电检测的变压器故障诊断方法研究

在电力系统中，变压器的运行直接关系到整个电力系统的安全。在对变压器进行诊断的过程中，诊断技术的科学应用有着十分重要的意义。在运行变压器的过程中，变压器内部的固体绝缘材料由于受到热、电等方面的影响，分解成一氧化碳、甲烷以及氢气等物质停留在油中，产生溶解气体。在变压器出现故障的情况下，这些气体的生成量也会随之增加。通过变压器油中所含有的气体比值、含量以及组分可以对故障类型进行比较明确的诊断，反映变压器的运行状态。局部放电是变压器诸多有机绝缘材料故障的根源，局部放电检测是电力变压器绝缘性能及状态检测的重要手段，这种检测方法的优点在于判断结果准确、速度快，适用性强。

变压器内部典型故障

变压器内部故障主要包含以下几种：局部受潮故障、局部放电故障、火花放电故障、高能放电故障以及过热性故障等。其中造成局部放电的原因包括：不饱和、油温过高以及油的不充分燃烧，绝缘件的制造和产品制造工艺不完善等。

诊断方法

变压器局部放电检测方法有：超声波法、脉冲电流法、DGA法、光学检测法、射线检测法、特高频法等。

DGA技术下的溶解气体分析诊断方法

DGA法是通过测试变压器油分解产生的各种气体的组成和浓度来确定故障（局放、过热等）状态。IEC三比值法是利用DGA结果对充油电力设备进行故障诊断的最常用的方法。三比值法指的是C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三种比值。具体的诊断原理是，在变压器运行过程中，绝缘油内部会产生各种气体，由于故障种类都不同，绝缘油内部气体的比值会存在差异，在长期的实验研究下，固定选取五种气体，对比不同气体之间的比值，形成编码数据，依照已经制定好的编码规则来分析出具体的故障类型，这就是三比值法的思路与原理。而三比值法技术的不足主要体现在以下几个方面：第一，变压器设备内部有着非常复杂的结构安排，通过气体比值的方法得到的编码组合，对于全部的故障类型没有办法进行全面的概括，所得出来的诊断结果只能够用于初步判断，无法进行故障定位；第二，油中气体量达到一定程度时才能够对故障进行诊断，只有在变压器存在明显故障的情况下才能够使用三比值法。

脉冲电流法

脉冲电流法是一种应用最为广泛、研究最早的局部放电检测方法，该检查技术能够对回路中的局部放电信息进行直接的采集，获取绕组、铁心接地线、外壳接地线以及末屏接地线中的脉冲电流。该检测技术对于电流的灵敏度水平较高，结合超声波法则能够有效定位局部放电位置。然而该技术对于测试环境与试验电源有着比较高的要求，频率较低并且无法实现在线测量，抗干扰能力不足，所获取的信息量相对较少。

光学检测法

在变压器油中，各种放电发出的光波长不同，光测法就是利用局放产生的光辐射进行检测，光波长通常在500mm～700mm之间。光测法要求被检测物质对光是透明的，一般在实验室采用光测法来分析变压器的局放特征及绝缘劣化，现场使用较少。

特高频法

特高频法是目前局部放电检测新方法之一，变压器每一次局部放电都会发生正负电荷中和，伴随有一个较陡的电流脉冲，放电脉冲的上升沿很陡，一般在1ns以内。特高频法在变压器局放检测中具有较高的抗干扰能力和有效性，可用于变压器内部缺陷查找、定位与分析。但该方法无法进行视在放电量的标定。

应用实例

某站投运调试期间，变压器投运后12小时，进行取油样色谱分析，数据显示乙炔含量（本体上部：4.19，本体中部：4.09，本体下部：4.25）明显超出注意值（C2H2≤1）。空载运行后，乙炔含量逐渐上升（本体上部：4.33，本体中部：4.46，本体下部：4.53），根据DGA结果初步判断内部存在电弧放电故障。为找出该变内部是否存在局部放電导致的缺陷，对其进行空载局部放电测试。采用高频测试，发现高频局放异常，幅值较高，幅值为73dB，与相邻相相比具有明显的悬浮特征。进行超声波局放测试，图谱幅值大，发现变压器顶部超声异常。成功将放电部位定位，原因可能为变压器上部铁轭处存在导体接触不良或断线、金属接触不良、金属异物等。厂家对变压器进行解体，局放测试结果与停电后厂家打开处理确定放电位置相同：变压器铁芯的柱侧拉板与上轭末级片导通，证实了上述的判断。

结论

变压器故障诊断工作是一项专业性、复杂性比较强的工作，维护人员需要充分掌握各种不同的诊断技术，有助于判断设备的运行状况，掌握设备缺陷，最大程度上提高变压器故障诊断结果的科学性与合理性。

参考文献

[1]贺以燕，杨治业.变压器试验技术大全[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2006.

[2]王国利，郝艳捧，李彦明.电力变压器局部放电检测技术的现状和发展[J].电工电能新技术，2001，20（2）：52-57.

（作者简介：杨璐蕾，国网宁夏电力公司检修公司。）endprint