浅谈变压器油中气体产生机理及故障分析

张权

摘 要 变压器是变电站中最为核心的设备，一般将变压器油作为变压器的主绝缘物质，变压器油中溶解的气体成分与变压器的运行状态息息相关，通过对变压器油中的气体进行分析可以识别出变压器故障，本文主要研究变压器油溶解气体成分与变压器故障的关系。

关键词 变压器;溶解气体;故障分析

1变压器油中气体产生原理

电力变压器运行过程中内部会产生多种气体，根据多年来的运维经验可将其分为故障气体和正常气体。变压器服役过程中未出现异常状态时，其绝缘系统会随着服役时间的增长进行常规老化，该老化过程中会有部分气体生成，这些气体可以归为正常气体;当变压器发生故障时，其内部的绝缘材料会受到热或放电的作用而分解产生气体，这些气体归为故障气体。变压器油中溶解的气体主要来源于以下三个方面：

1.1 油分解

变压器油是由碳氢元素构成的一种混合物，随着不同油温裂解出不同的气体。变压器油在不同温度下裂解的气体主要有：甲烷、乙炔和乙烯等。变压器油在常温状态时，几乎不产生任何气体，当变压器油100℃以上时，会产生甲烷气体，随着油温的逐渐升高，在500℃以下时，可以生成乙烯气体，随着油温的逐渐升高，当油温在500℃—800℃之间时，会产生乙炔气体，但油温在800℃—1200℃之间由于电弧的刺激，会加速乙炔气体的生成，因此变压器油中气体的含量来判断变压器处于何种状态。

1.2 固体绝缘材料分解

变压器内部的固体主要有油纸绝缘和一些固定铁芯的模块等，主要用于铁芯之间的绝缘和起到固定铁芯的作用。变压器内部的油纸绝缘和固体会随着温度的变化会释放出一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷、乙炔以及少量的氢化物。一氧化碳和二氧化碳的比例与温度的变化有着密切的关系，当变压器内部温度达到1000℃时，其一氧化碳的含量是二氧化碳含量的3倍;然而其他固体绝缘材料会随着温度的变化产生甲烷和乙炔，其两者的比例也会随着温度的变化有所不同。

1.3 其他来源

变压器油中的气体除了变压器油的裂解和变压器固体绝缘物质的分解外，还有一些其他的操作可能会导致油中气体含量的增加。例如变压器油中氢气的含量，当变压器处于湿度较大的地区时，其内部就会产生少量的水，在某种条件下水就会和铁发生化学反应产生氢气;变压器在制造过程中，由于密封不严也有可能会使变压器油中溶解一些氢气。除此之外，还有一些情况也会使氢气的含量升高，当检修的过程中，长时间将变压器油暴露于空气中，使得过量的氢气溶解在变压器油中。

由此可见，变压器油中气体含量的增加是多样的，但是这些气体含量的变化规律是有章可循的。如变压器发生故障时大多数都会产生甲烷和乙炔这两种气体，并且这两种气体的含量要远远高于其他气体的含量。因此，可以通过对变压器油中气体含量进行分析，将变压器故障状态和其他运行状态进行区分[1]。

2变压器油中气体含量标准

对于一台新安装的变压器，其变压器油中的气体主要由氧气和氮气组成，其氧气的含量约占总气体含量的25%，由于变压器结构的不同，其氮气的含量也会有所不同，一般占比为30%左右，但是其甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳和氢气的含量极少。变压器油中气体的含量会随着服役年限的增长而不同，其甲烷、乙炔、一氧化碳、二氧化碳和氫气的占比会有所升高，氧气和氮气的占比有所下降。

由于变压器油纸绝缘遭到破坏后和变压器油裂解后其氢气、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷以及总烃的含量都会有所增加，较变压器正常状态时都会高出一个数量级，因此可以将氢气、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷以及总烃的含量可以作为变压器油纸绝缘老化和变压器油裂解的标志。

由于变压器油中的可燃气体的含量会随着变压器的服役年限会有所增加，如果变压器油中的气体含量超过警示值数据时，运行维护人员应提高警惕，并尽可能的停运变压器查找故障点。当变压器油中的气体含量快速上升并未达到极限值时，运行维护人员理应注意，时刻观察变压器运行状态。总之，变压器作为变电站中重要的设备，其油中气体含量作为变压器运行状态的一个标志，运行人员要时刻观察分析，并做出正确的判断[2]。

3变压器常见内部故障与气体含量对应关系

变压器内部的故障主要分为由于受到外力作用的机械类故障、内部温度升高的热故障以及内部绝缘损坏的放电故障。变压器的故障类型主要以热故障为主，已经占所有故障种类的57%，其次为放电故障，由于其他故障类型也会伴随着放电故障，其放电故障占所有故障类型的47%。

变压器内部放电故障一般都是由于变压器内部绝缘受到损害时产生的一种现象，一般可以将放电故障分为局部放电、火花放电以及电弧放电三种。从以上的分析可以得出，当变压器内部出现放电故障时，其变压器油中的溶解气体主要有以下几种。

（1）当放电故障与固体绝缘材料无关时，一般产生的气体为甲烷和乙烯，但是在变压器油比较低的情况下，甲烷的含量会较高;当温度达到500摄氏度以上后，其氢气就会变多。

（2）当放电与固体绝缘材料有关时，除产生上述低分子烃类，而且有较多的一氧化碳和二氧化碳，这两种气体的含量与变压器油的温度有着密切的关系，油温越高则两者的比值也越高[3]。

4结束语

分析国内外变压器故障诊断方法的基础上研究变压器油中产生机理，并论述变压器油中气体含量标准，进而找到了变压器油中气体含量与各类故障的对应关系，为变压器故障诊断提供理论支持。

参考文献

[1] 刘东升，何平，冀增华，等.基于内部绝缘缺陷诊断的变压器状态检修技术[J].变压器，2018，55（01）：45-49.

[2] 谢荣斌，薛静.基于油色谱分析的变压器故障诊断与应用[J].广东电力，2017，30（08）：117-121.

[3] 范松海，樊文芳，王铭民，等.变压器油色谱在线检测与故障诊断应用[J].电气自动化，2015，37（05）：60-62.