变压器油色谱在线检测与故障诊断

马继元 郑斌 马海军 马梦鸽 张君浩 徐雅新

摘要：本篇文章分析了变压器离线检测的缺点，并介绍了在线检测变压器运行情况的一些方法，分析了变压器气相色谱检测法工作的原理和优点，怎样利用检测出的数据对设备进行维修，根据实际情况阐述了气相色谱检测法在实际应用中需要注意的地方。

关键词：变压器;油色谱;在线检测;故障诊断

引言

现在我国的直流输电工程发展取得了很大的进步。换流变压器是超高压直流输电系统中最重要的部件之一，换流变压器工作情况决定了输电系统的供电质量。检测换流变压器是为了避免变压器出现绝缘，减少安全事故风险，为电力系统提供一个良好的运行环境。一般情况下，局部放电检测需要以放电期间的电脉冲、声波、发光和发热情况为标准，通过观察这几个物理量能够了解电力系统的运行情况。现在比较常用的检测方法主要包括气相色谱检测法、脉冲电流法、超声波检测法、射频检测法、电磁波检测法、光检测法等。气相色谱检测法的优点是稳定性强、灵敏度强、操作简单等，而且已经被广泛的应用在换流变压器检测中，并且取得了不错的效果。

1变压器运行概述

设备维修的概念最早出现在二十世纪五十年代，那时候电网的电压还很低，而且电容量也很少，及时电气设备发生故障也不会造成太大的经济损失，人们通常会在事故发生之后进行维修，因为传统的离线检测和定期停运试验都是间断性评估，所以早期很难排查并解决故障问题，电气设备运行存在较大的安全隐患。这些年以来，传感器和光纤技术得到了飞速的发展，并且已经应用到了电气设备动态监测当中，实现了线上监测，可以第一时间掌握变压器的工作情况。根据之前的检测经验和检测标准来看，该技术的出现在检测变压器故障中有更好的效果，一旦出现故障将会在第一时间内报警，技术人员可以迅速的做出应对方案，在短时间内解决故障问题可以降低故障带来的损失，是电网安全稳定工作的基础保障。

变压器长时间的工作状态下，自身温度汇变高导致变压器老化，或者是变压器放电等其他故障，可以检测油中的其他类型和含量判断变压器是否出现了故障，通常需要检测的气体有一氧化碳、二氧化碳、氢气、乙炔、乙烯等，并且一般多为混合气体。变压器油中含有的气体种类和含量是不一样的，首先应该确定变压器正常状态下的气体含量，通过对比就可以判断变压器是否发生了故障以及故障程度。现在应用比较多的检测方法是气相色谱分析法，该方法也叫作溶解气体分析法，对判断变压器内部故障原因有很重要的作用。

2变压器油色谱分析的原理和优点

气相色谱分析法的检测原理，需要通过气体传感器和色谱检测两种方法，对变压器工作情况进行现场检测。该方法主要包括了两个环节，分别是定性分离和定量检测。每一种气体对应的色谱柱长度都是固定的，因此通过色谱柱可以把这些气体分离出来，并判断气体的类型。然后利用检测器分别检测这些气体的含量，这叫做定量检测。完成以上操作以后就可以了解变压器油的基本情况，根据变压器内部情况判断变压器有没有出现故障。在大量的试验中发现，气相色谱分析法有很多优势，比如操作简单耗时短，气相色谱分析法分析一种气体成分只需要花费1分钟时间，而且可以分析多种气体，检测的气体种类越多平均时间就越小。该方法的有分离能力较强，就算是复杂的气体混合物也，只要化学性质和物理性质没有太大的差别，也可以快速的分离开。該方法只需要收集少量的样品，分析一个样品往往收集几毫升即可。

3变压器内部的常见故障及原因

变压器故障共有三种类型，分别是放电短路故障、过热故障和设备进入空气和水分的潜在故障。

3.1变压器放电故障产生的原因

变压器放电故障是一种比较常见的故障，放电类型也有很多种，例如火花放电、弧放电和局部放电。这三种放电故障有很明显的区别;火花放电过程中产生的能量很少，主要原因是因为接触不良，当电流互感器引线没有和外壳放电以及铁芯接地片紧密接触时就会出现这种情况。弧放电故障产生的能量比较多，一般是因为线卷匝、层间绝缘击穿、过电压造成的。局部放电故障通常出现在变压器引线、端部绝缘结构或突出的金属电极表面，当油箱内壁上的焊渣会影响绝缘结构的电场分布，这就是造成局部放电的原因。

3.2变压器过热故障产生的原因

变压器过热故障根据温度的高低可以分为高温过热、中温过热和低温过热。造成该故障的原因有下列几种;引线接触不良、铁心两点或两点以上接地、分接开关接触不良、铁芯间短路、部分绕组短路或不同电压比并列运行，以上现象都会导致循环电流温度升高。

4气相色谱数据的综合判断

三比值法作为当前我国广泛应用的方法，完成检测以后能够将五种气体相比就可以建立五个比值，按照经验就可以确定比值范围以及大小的含义，然后完成编码可以对解决多种故障。这种办法受到了世界各国的青睐，并且国际电工委员会也强烈认可这种方法。

4.1气体产气速率的注意值

气体产气速率也可以作为判断变压器内部故障的一个基本指标，产气速率有两种类型，分别是相对产气速率和绝对产气速率。前者有一个固定的参考标准，如果标准的气体浓度比较低，误差将会增加，所以绝对产气速率应用的更为广泛，稳定性也比较高，一般都是在气体浓度即将超标或者已经超标的时候采用该办法。

4.2对二氧化碳及一氧化碳的判断

一般情况下，开放式变压器中的油和空气接触后，会有部分空气溶解到油中，不过饱和度不会大于10%，因此设备中的一氧化碳含量不会大于300μL/L，如果变压器固体出现绝缘老化，或者是油被空气氧化，一氧化碳和二氧化碳的含量大概率会快速增加。一旦发现一氧化碳或者二氧化碳浓度超过了7，技术人员就需要检查固体绝缘材料老化情况。如果一氧化碳和二氧化碳含量在3以下，大概率是因为温度超过200℃造成固体绝缘材料老化，为了提高判断的准确性，需要计算出最后两次测量数据的差值，根据差值再一次计算一氧化碳和二氧化碳的浓度，进一步确定故障和固体绝缘材料是否存在关系。

4.3乙炔含量分析及注意值

乙炔作为平时监控较为关键的指标之一，如果变压器工作量好，油中是不会有乙炔的，所以可以根据乙炔判断变压器是否故障，如果乙炔的含量比较少则说明故障正在形成，如果乙炔的含量比较高说明故障已经出现，主要故障时击穿故障。乙炔的含量不能作为判断故障严重程度的依据，需要根据乙炔产气速率来判断，也可以确定故障发生位置。

5变压器油气相色谱分析的注意事项

如果变压器是准备用于投运，油中气体含量越低越好，如果发现了较高含量的H2、C2H2和（CH4+C2H2）等气体，技术人员需要重点关注下列几点;瓦斯有没有开启保护、瓦斯电气中有没有气体、变压器内部的有是否经过过滤脱气处理、呼吸器硅胶变色是否在三分之二以下。检查变压器外壳焊接处密封情况，是否存在漏油问题。检查绕组和铁芯接地情况，检查负荷是否超标，冷却器油泵持续工作有没有影响油的质量。

结语

总的来说，在线检测可以根据数据判断变压器有没有安全隐患和故障。通过三比值法可以准确的判断出设备故障原因和类型。从而尽快采取解决办法。当检测人员发现数据出现波动，要提前进行预防并重视起来。

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