变压器油色谱分析及故障判断

刘昱辰

【摘 要】变压器作为电力系统运行过程中非常重要的设备，其运行过程中，随着运行时间的增加，内置的变压器油会发生一定的化学反应，而在变压器出现故障时，变压器油的化学变化程度则会更严重，而且不同的故障会导致变压器油呈现出不同的颜色，所以可以利用色谱分析来对油色的变化情况来对变压器故障种类进行判断，确保变压器故障能够得到及时修复，保证电网安全、稳定的运行。

【关键词】变压器；色谱分析；故障判断；变压器油；意义；

在当前电力系统中变压器应用十分普遍，变压器作为电压调控装置，其运行的好坏会对电网安全稳定的运行带来直接的影响。因此要提高变压器运行的质量，及时发现变压器运行过程中存在的问题，充分利用变压器油色谱分析来辨识变压器存在的故障隐患，保证变压器运行的安全性和可靠性。

一、变压器故障种类

1.温度过高导致的故障，变压器属于带电工作的设备，在其运行过程中，一旦负荷电流过大时，则会产生温度过高的现象，而当内部温度超过所能承受的最高值时，则会导致其他部件受到不同程度的损坏，影响变压器正常的工作。在变压器温度过热故障中，最为常见能通常有裸金属过热及绝缘固体过热等。

2.变压器受潮导致的故障。在潮湿的环境下变压器会发生故障。特别是水会对变压器带来严重的影响。而变压器通常都是安装在户外环境中，这就导致与水接触的机率较大，特别是在雨天，一旦雨水进入到变压器内部，则会导致变压器故障发生，严重时可能会发生爆炸。同时在潮湿环境下，变压器内部一些部件的正常性能也会受到较大的影响。

3.内部漏电导致的故障。漏电也是导致变压器发生故障的重要因素，由于变压器作为电压调节设备，其需要与众多的电流部件进行接触，这就导致其出现漏电的机率增加，一旦变压器内部某一部件发生漏电现象，则会导致其他部件受损，对变压器的正常运行带来较大的影响。

二、变压器故障的原因

运行中的变压器，其故障的发生都会存在着一定的潜伏期，在这段时间内变压器在运行过程中会产生一系列的效应和信息。特别是在当前大型电力变压器的绝缘和散热都是用油来实现的，这样在运行电压下，各种电、热、氧、局部电弧等多种因素作用下变压器油和油中的固体有机绝缘材料都会发生变质和裂解，产生低分子气体，同时这些气体的产生速度由于所于变压器内部潜伏性过热及放电故障下会加快，而且这些裂解出来的气体在油中形成气泡，经过对流和扩散等不断的溶解在油中，而不同故障所产生的气体组分和含量也会有所差异，从而可以作为判断变压器故障的特征量。

三、利用色谱分析故障的原理

变压器的设计原理中，绝缘工作的设计主要是通过变压器油和绝缘材料来进行，变压器油加上特殊的绝缘材料，能够在变压器的正常工作中，有效地对电流进行绝缘，维持变压器内其他部件的正常工作。而变压器油是从石油原油中分离出来的一种油质，因此，变压器油也包含了石油的构成元素烷烃、环烃族饱和烃等化学有机物。变压器在正常的工作过程中，内部的电流转换等化学反应会对变压器油的化学性质产生一定的改变。处于运行中的变压器，在运行过程中各种因素的影响，其绝缘材料和变压器油原有的化学性质会受到不同程度的破坏，从而导致一些性质上的变化发生，特别是变压器油在变压器运行过程中其受在温度过高时发生化学变化，从而使其原有的化学构成元素出现改变，有一些气体得到分解出来。变压器油在长时间的使用过程中，其化学性质发生改变，从而有气体产生，这些气体充分的融入到油质中，从而导致变压器油的色谱发生改变，呈现出来的颜色也会有所不同。特别是在变压器发生故障时，变压器油的颜色则会变化的更为突出。主要是由于在故障时，变压器油与绝缘材料会有化学反应发生，从而导致更多的气体产生，使变压器油的色谱变化更为明显。故障不同，变压器油质所表现出来的颜色也会存在差异。由于变压器油与故障之间的这种变化关系，所以可以利用色谱分析来对变压器故障种类进行判断，确保及时找到故障的原因并尽快解决。

四、油色谱分析在故障判断中的应用

1.故障下产气的特征。变压器一旦内部出现故障时，其所产生的气体性质会发生一定的变化。因此可以根据所产生气体的性质和属性等来对故障进行辨别，如在放电情况下会产生氢气、高温情况下会产生乙烯、电弧放电时会有乙炔气体产生。针对所产生的气体特征来对故障进行判断。

2.故障下产气的速率。在变压器油中溶解的可燃性气体在电场与热环境下会进行分解，而且气体产生的速度也会加快。因此在对变压器是否存在故障进行判断时，可以根据变压器油中气体含量及增长速度进行判断。一旦变压器存在故障时，在对故障判断时可能参考变压器油中气体產生的速度，以此为依据来判断故障具有科学性和合理性。

3.故障产气速率判断法。（1）当需要对变压器是否存在故障进行判断时，可以根据变压器油中总烃含量及产气速率，利用油色谱分析来对故障类型进行判断。根据油色谱分析所得到的变压器油中总烃绝对值及总烃产气速度都低于注意值时，可以判断变压器正常，没有故障发生。（2）总烃大于注意值，但不超过注意值的3倍，总烃产气速率小于注意值，则变压器有故障，但发展缓慢，可继续运行并注意观察。（3）总烃大于注意值，但不超过注意值的3倍，总烃产气速率为注意值的1～2倍，则变压器有故障，应缩短试验周期，密切注意故障发展。（4）总烃大于注意值的3倍，总烃产气速率大于注意值的3倍，则设备有严重故障，发展迅速，应立即采取必要的措施，有条件时可进行吊罩检修。

4.故障下产气的累计性。一旦运行中的变压器存在一些潜伏性问题时，则在变压器油中会有一些气体产生，并溶解在变压器油中。当油中溶解的气体达到饱和状态时，会有气泡随之产生，因此根据故障发生时产气的累计量能够对变压器故障进行判断。

5.在利用色谱对变压器故障进行分析时，数据做为必要的参考，但仅仅依托于数据合理即对故障进行判断是不科学的，还需要对数据进行对比，从而及时发现变压器存在的故障隐患。但当分析时发现数据存在较大波动时，需要增加采样分析频率，确保分析结果的科学性。

五、变压器油色谱分析在故障判断中的意义

1.维持变压器正常运转。变压器的正常运行对于电力系统的运行状态有重要的影响，所以要确保变压器处于稳定的运行状态下。通过对变压器油的色谱分析，能够及时的了解到变压器的运行状态，进而有针对性的制定解决对策。色谱分析对于维持变压器的正常运转具有重要的意义。

2.及时发现潜在故障。变压器的维护工作是变压器运行管理中的重要工作内容，其主要目的就是确保变压器的健康稳定运行，避免因为发生故障而影响到电力系统运行的安全性和可靠性。所以通过色谱分析，能够及时的获取变压器的潜在故障，为维修人员提供维修依据，从而提前消除故障隐患，避免故障的发生，为变压器的稳定运行创造有利的条件。

总之，变压器工作是否正常，可以通过油色的变化情况真实的反应出来，色谱分析法是当前电力系统对变压器运行状况进行监测较为常用的方法，通过色谱分析可以有效的根据变压器油色变化来对变压器的工作状态进行有效掌握。所以通过掌握色谱分析方法来对变压器油色进行辨别，可以有效的维护变压器运行的稳定性和安全性，及时排除变压器存在的隐患，确保电力系统能够安全、稳定的运行。

参考文献：

[1]李瑞.浅析大型变压器油色谱分析及故障判断.2017.

[2]张亚民.大型变压器状态评估及故障诊断技术研究.2018.

（作者单位：南京钢铁股份有限公司）