油色谱分析技术在电力变压器故障检测中的应用

洪叶 侯凤琛 邹海涛

摘要：受到一些客观因素的影响，设备长时期使用会导致变压器出现故障。这就要求技术人员要合理应用变压器油色谱对其中的故障进行判断。基于此，本文对变压器油色谱的特点进行了研究，希望可以提高变压器故障判断的有效性。

关键词：油色谱分析技术;电力;变压器;故障检测;应用

随着社会发展速度不断加快，经济水平不断提高，停电事故将对各行业及人民生活造成不同程度的损失和影响。以油为绝缘介质的油浸式变压器在电力系统发输电和供配电过程中均起着至关重要的作用，并占据着主要地位，其运行状态直接影响着电力系统能否安全稳定运行，而绝缘性能又决定了其自身能否安全稳定运行。众所周知，绝缘油和固体绝缘材料在热和电的作用下会分解产生H2、CO2、CO、低分子烃类等气体，并溶于绝缘油中，因此绝缘油中的气体组分及含量能用于诊断变压器内部故障、评估变压器的运行状态。通过变压器油色谱在线监测系统，不仅能提高变压器内部故障诊断的时效性、准确性和可靠性，还能在缺陷变为故障前发出警报。

1变压器的故障诊断

由于变压器是发电厂中的重要设备，它的运行状况会对电力系统稳定运行带来直接的影响，如果不对导致此设备出现故障的因素进行分析，还会直接影响到电能的正常输送。电力变压器在实际的运行中，会出现发热的情况，如果其局部温度过高，这会导致变压器绕组的绝缘损坏，严重情况还会发生击穿。

因此，各发电厂和工作人员要认识到变压器故障诊断的重要性，加强对变压器油色谱的有效应用。由于这种技术具有纯净稳定和绝缘性好等特点，它在变压器故障检测中的有效应用，可以帮助操作人员及时发现导致故障的因素，从而对变压器维修方案进行有效调整。

2变压器油色谱分析的原理

在对变压器油色谱分析的作用机制进行研究的过程中，发现变压器油是石油内部中的矿物油，在其中包含比较多的绝缘成分，这些物质能够对变压器故障问题进行快速地诊断。部分研究人员对矿物绝缘油的组成进行了研究，发现其中主要包含了烷烃和芳香族等饱和烃。

其固体的有机绝缘物质的，还包含了纤维素，所以加强变压器油色谱分析在故障检测中的有效应用，可以及时发现其中的问题。此外，在应用这种方式进行故障诊断的时候，会伴有氢气、甲烷和乙烯等少量气体排出，如果在此过程中一旦变压器内部出现了故障，这类气体的释放量就会快速增长。

例如变压器的故障点所处的温度比较低范的时候，甲烷就会在气体释放中的比例不断增长。当其中的温度提高时，乙烯和氢气的比例会增长，工作人员可以通过对CH4、C2H6、CO、CO2等特征气体的判断，对变压器进行检修。此外，人为或者是机械设备故障也会引起变压器油色谱出现异常，因此在对变压器，从而更加快速和准确地发现导致变压器故障的原因。

3油色谱分析理论-罗杰斯比值和其他气体比值

变压器故障诊断不应仅基于溶于油中气体含量的组合，而应取决于气体的相对含量。基于上述观点，提出了四比值的方法。由于C2H6/CH4仅反映了热分解温度范围，因此国际电工委员会（IEC）建议取消此比值改使用三比值方法。然后，基于三比值方法的大规模实践，IEC分别对编码、编码组合和故障类型相对应的比值范围进行了改进，从而得出了目前广泛使用的改良后的三比值方法。

三比值改进方法是利用发生变压器内部故障时溶于变压器油的气体CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2，组成C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三对比值编码组合的方法，还能通过建立三维坐标图，更为直观地区分各类型故障。此外，为了提高诊断的准确性，增加了CO2/CO、O2/N2、C2H2/H2三对比值作为辅助判断。

CO和CO2能反映固体绝缘正常时的老化过程与故障时的劣化分解，一般CO2/CO小于3为故障劣化，而CO2/CO大于7为正常老化;鉴于油或纸的氧化，开放式设备的O2/N2小于0.3时应引起注意，密封良好的设备在正常情况下O2/N2可能低于0.05，负荷和保护系统亦会影响此比值;有载分接开关油或气进入主油箱时一般会导致C2H2/H2大于2，这取决于有载分接开关的切换次数和产生污染方式。

4变压器油色谱在线监测系统

某厂2台1000MW超超临界二次再热机组采用的启动备用变压器为SFFZ-70000/500有载调压电力变压器，容量为70/42-42MVA，冷却方式为ONAN/ONAF，内部故障诊断系统为基于油色谱分析理论的TOTUSDGA在线监测系统的一部分，能监测、分析每个关键参数并图形化显示、即时分析。

该系统通过采集数据，能显示每小时的温度与湿度趋势，以及变压器油中溶解气体每小时的浓度趋势，三比值和辅助比值变压器内部故障诊断技术得到气体浓度分析信息，并以三维图更为直观地进行显示，辅以右杜瓦尔三角形进一步对诊断结果进行验证，还能对绝缘油过热、纤维素过热、油中局部放电和油中拉弧四种情况显示关键气体。当故障发生时系统发出警报，提示工作人员进行故障排查及检修维护工作，并提供数据就地导出功能。

5变压器油色谱异常的解决方法

由于技术水平等因素的影响，变压器油色谱在实际的应用过程中会出现问题。相关的实践经验发现，变压器油色谱出现异常与一些微量的金属元素含量有关，当这些元素含量不同的时候，就会导致变压器的内部出现铁芯短路等问题，如果这种情况得不到及时解决，就会在一定程度上对变压器的正常运行带来影响，如果出现了上述问题，工作人员要及时与生产厂家联系，同时还要掌握变压器油色谱异常的处理方式。

（1）技术人员在对变压器有无故障进行判断时，要按照变压器油的总烃含量和产气速率，对色谱进行分析，合理應用变压器油色谱分析方法对其故障类型和位置进行有效判断。在过程中，要依据色谱分析的总烃绝对值，或者是产气速率对其中的“注意值”进行整合，保证变压器运行的稳定性。其中的“注意值”指的是变压器在正常运行状态下，油内部中的各种气体类型和所占比例。

（2）如果在诊断中，发现总烃绝对值高于“注意值”，但是低于此数值的3倍，并且其中的总烃气体释放速率要比“注意值”低，这个时候就我们就可以判断变压器内部存在故障，要对其进行检修。此外，如果总烃比“注意值”高，但是却低于“注意值”的3倍，并且在此过程中，总烃气体的释放速率会维持在“注意值”1～2倍的区间，这就说明在变压器的内部存在故障，工作人员要缩短试运行周期，然后对故障的发展趋势进行检测，为变压器的安全运行提供保障。

结论

要不断完善我国的电力体系，保证电力系统的稳定运行，需要对变压器维护进行创新，加强对其中故障诊断力度，完善诊断方案，合理应用变压器油色谱分析法，判断导致变压器故障的原因，从而进一步促进我国电力事业在社会中的持续发展。

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