摘要：利用气相色谱监测变压器及充油电气设备内部油中溶解气体的变化，根据可靠、有效的数据及正确的分析判断，及时发现设备内部存在潜伏性的故障，为安全生产打下了坚实的基础。
关键词：变压器油；气相色谱；类型；三比值法
1引言
气相色谱分析法DGA（Dissolved Gas Analysis）分析绝缘油中的溶解气体，作为一个极其重要的项目列入电力设备预防性试验，成为高压绝缘技术监督、保障设备安全运行的重要手段之一。通过DGA，可有效地发现用绝缘油电气设备内部的早期故障，从而及时安排生产和检修，防止设备发生损坏事故。如表1当氢气超注意值时，滤油后，油中溶解气体明显降价，但随着主变运行，氢气逐渐超标，说明设备存在潜在性故障，所以正确的分析试验数据，才能从根本上解决问题，避免走弯路。通过多年试验分析，对运行中变压器油中溶解气体超出注意值时，应怎样着手分析，进行了归纳和整理，做一浅析和总结。
表1 某XXX变电站#1主变油中溶解气体色谱分析数据表
单位浓度：μL/L
2充油电气设备产生故障的类型
2.1放电故障
放电故障是充油设备的最为常见的一种故障。引起放电故障的原因包括油纸绝缘浸渍不良、受潮、油中存在气泡、电场高度集中处局部放电和应接地而未接地金属部件悬浮电位放电等等。一旦发生设备内部放电，从化学角度分析，部分绝缘油将裂解，由高分子液态分解成低分子气态，油中含气量增加，甚至饱和逸出，对于套管、互感器等少油设备将导致其内部压力不断增高，若处理不及时，极易导致爆炸和火灾等恶性事故；对于主变则可导致大量气体积聚在瓦斯继电器中，使主变瓦斯保护动作。一般按放电故障能量的高低，将其分为高能放电、低能放电和局部放电三类。
2.2过热故障
过热故障分两种：导电回路过热故障和导磁回路过热故障。以主变压器为例，其导电回路过热故障包括分接开关接触不良、引线接头接触不良和低压绕组股间漏磁不均在焊接头处形成电位差及涡流等；导磁回路过热故障包括铁芯漏磁过热、铁芯多点接地等。引起放电故障的原因是设备长期过热状态下运行造成设备绝缘的劣化，严重的将发展为放电故障。当设备过热较为严重时其介质损耗将增大，当设备仅发生绝缘油的低温热解时，常称之为裸金属过热。
2.3电热综合性故障
电热综合性故障包括导电回路过热故障及因设备长期过热状态下运行造成设备绝缘的劣化发展形成的放电故障。
3判断设备故障性质和类型的几种办法
当油中气体的含量超过GB／T7252—2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中所列的正常值时，可用如下几种方法分析判断。
3.1有无异常的判断
根据色谱分析的数据着手诊断变压器故障时，首先是要判定设备是否存在异常情况，常用的方法有：
3.1.1 将分析结果的几项主要指标（总烃、乙炔、氢气含量）与GB／T7252—2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中的注意值作比较。如果有一项或几项主要指标超过注意值时，说明设备存在异常情况，要引起注意。应进行跟踪分析，加强监视，注意观察其产生速率的变化。有的设备即使特征气体低于注意值，但增长速度很高，也应追踪分析，查明原因；有的设备因某种原因使气体含量超过注意值，也不能立即判定有故障，则应考虑在一定时间内进行追踪分析；当增长率低于产气速率注意值，仍可认为是正常的。
3.1.2 了解设备的结构、安装、运行及检修等情况，彻底了解气体真实来源，以免造成误判断。为了减少可能引起的误判断，新设备及大修后在投运前，应作一次分析；在投运后的一段时间后，应作多次分析。因为故障设备检修后，绝缘材料残油中往往残存着故障气体，这些气体在设备重新投运的初期，还会逐步溶于油中，因此在追踪分析的初期，常发现油中气体有明显增长的趋势，只有通过多次检测，才能确定检修后投运的设备是否消除了故障。
3.2分析CO、CO2含量及CO/CO2比值法
充油设备中固体绝缘受热分解时，变压器油中所溶解的CO、CO2浓度就会偏高。固体绝缘中含水量大时，CO/CO2比值小。故障温度高，时间长时，CO/CO2比值大。而严重故障时，生成的CO来不及溶解而导致故障，这在CO/CO2比值上得不到反映。IEC导则推荐以CO/CO2比值作为判据，认为比值大于0.33或小于0.09时，很可能有纤维绝缘分解故障。
3.3采用三比值法来判断故障的性质时必须符合的条件
3.3.1 色谱分析的气体成分浓度应不少于分析方法灵敏度极限值的10倍。
3.3.2 应排除非故障原因引入的数值干扰。
3.3.3 在一定的时间间隔内（1～3个月）产气速率超过10％／月。
3.4无编码比值法判断方法
目前对尚没有列入三比值法的某些组合的判断正在研究之中。如122、121、222等组合形式在表中找不到相应的比值组合，对这类情况要进行对应分析和分解处理。如有的认为122组合可以分解为102+020，即说明故障是高能放电兼过热。另外，在追踪监视中，要认真分析含气成分变化规律，找出故障类型的变化、发展过程。例如三比值组合方式由102—122，则可判断故障是先过热，后发展为电弧放电兼过热。当然，分析比值的组合方式时，还要结合设备的历史状况、运行检修和电气试验等资料，最后作出正确的结论。
这种方法的原理是：油和固体绝缘材料在不同的温度、不同的放电形式下产生的气体也不同。当总烃含量超过正常值时，先计算出乙炔和乙烯的比值，当其值小于0.1时为过热性故障。计算乙烯与乙烷的比值，确定其过热温度，当其值大于0.1时为放电性故障。计算甲烷与氢气的比值，确定是纯放电还是放电兼过热故障。
3.5注意对低温过热涉及固体绝缘老化的正确判断。
因为绝缘纸在150℃以下热裂解时，除了主要产生CO2外，还会产生一定量的CO、乙烯和甲烷，此时，成分的三比值会出现001、002甚至021、022等的组合，这样就可能造成误判断。在这种情况下，必须首先考虑各气体成分的产气速率，如果ＣＯ2始终占主要成分，并且产气速率一直比其他气体高，则对001--002及021--022等组合，应认为是固体绝缘老化或低温过热。
3.6注意设备的结构与运行情况。
三比值法引用的色谱数据是针对典型的故障设备，而不涉及故障设备的各种具体情况，如设备的保护方式、运行情况等。如开放式的变压器，应考虑到气体的逸散损失，特别是甲烷和氢气的损失率，因此引用三比值时，应对甲烷、H2比值作些修正。另外，引用三比值是根据各成分气体超过注意值，特别是产气速率，有理由判断可能存在故障时才应用三比值进一步判断其故障性质，所以用三比值监视设备的故障性质应在故障不断产气过程中进行，如果设备停运，故障产气停止，油中各成分能会逐渐散失，成分的比值也会发生变化，因此，不宜应用三比值法。
3.7单项成分超标分析法
3.7.1 Ｈ2超标
变压器内部进水受潮也是一种内部潜伏性故障，其特征气体Ｈ2含量很高。如果色谱分析发现Ｈ2含量超标，而其他组分并没有增加时，可判断为设备含有水分。为进一步判断，可加做微水分析。导致水分分解出氢有两种可能：一是水分和铁产生化学反应；二是在高电场作用下水本身分子分解。设备受潮时固体绝缘材料含水量比油中含水量要大100多倍，而Ｈ2含量高大多数是由于油纸绝缘内含有气体和水分，故在现场处理设备受潮时仅靠采用真空滤油法不能长久地降低设备中的含水量，原因在于真空滤油对于设备整体的水分影响不大。
3.7.2 Ｃ2Ｈ2超标
Ｃ2Ｈ2的产生与放电性故障有关，当Ｃ2Ｈ2含量占主要成分且超标时，则很可能是设备绕组短路或分接开关切换产生弧光放电所致。另外，如果其它组分没超标，而Ｃ2Ｈ2超标且增长速率较快，则可能是设备内部存在高能量放电故障。
4结语
采用气相色谱方法分析绝缘油内气体的成分和含量，可以不停电发现设备内部是否存在潜伏性故障，必须同时结合设备内部结构和运行状态的全面掌握，并在实测中和历年色谱数据分析结果进行比较分析。当确定设备存在潜伏性故障时，就要对故障严重性作出正确的判断。判断设备故障的严重程度，除了根据分析数据外，必须观测产气速率的发展趋势，因为计算故障的产气速率可确定设备内部有无故障，又可估计故障严重程度，以及寻找故障的线索，分析故障原因，并进行准确诊断，以便保障设备的安全稳定运行。
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作者简介：
鲁德鹏（1994.5-），男，汉族，吉林扶余，国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，助理级，现从事线路检修与维护工作。
论文作者:郭立靖
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：故障论文; 比值论文; 设备论文; 气体论文; 色谱论文; 组合论文; 变压器论文; 《电力设备》2018年第34期论文;