摘要：变压器常见的故障判断主要有电气试验和化学检测两种方法，其中，绝缘油的色谱分析是最常用的化学检测方法。本文就对油色谱分析在变压器故障诊断中的应用及分析方法进行了具体的阐述。
关键词：色谱分析；变压器故障
0 引言
常见的电力变压器内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型，危害极大。但是单纯的电气试验有时候并不能发现以上很多隐性的故障，这个时候，就突出了变压器油色谱分析方法对发现这些早期隐性故障的必要性和重要性。由于变压器油中各种气体的变化会对变压器的性能产生一定的影响，所以根据色谱分析方法来对油中气体的含量进行分析，可以有效的对变压器可能存在的故障隐患进行诊断，从而起到提前预防的目的。
1 油色谱分析的基本原理
变压器油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，由于变压器中电或热故障的原因可以使某些C-H键和C-C键断裂，伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。而变压器中纸、层压纸板或木块等固体绝缘材料，它们的热稳定性比油中的碳氢键要弱，并能在较低的温度下重新化合。在生成水的同时生成大量的CO和CO2以及少量烃类气体。所以从变压器一般电热故障对油的分解来看，变压器油色谱分析中主要将氢气 (H2 )、甲烷 (CH4 )、乙烷 (C2H6 )、乙烯 (C2H4)、乙炔 (C2H2)、一氧化碳 (CO)和二氧化碳 (CO2)等共计6种气体作为检测的特征气体。按照这些特征气体在某一个特定温度下，有一个最大产气速率，随着温度的上升，各气体组分最大产气速率出现的顺序：甲烷（150℃~300℃）、乙烷（300℃~500℃）、乙烯（500℃~700℃）、乙炔（800℃～1200℃），可判断设备内部存在的故障和隐患种类。一般在对所做油样的品质进行判定时，还要对总烃（即甲烷、乙烷、乙烯、乙炔四种烃类气体的总和）含量做判断。由此，形成了变压器油色谱分析在故障判断中的理论基础。
2 特征气体法对变压器故障的判定
按照《电力设备交接和预防性试验规程》规定，新安装或大修后的变压器要在投运后的第1、4、10、30天分别取油样进行色谱分析，运行中变压器按照500KV等级1月1次，220KV变压器3月1次，110KV变压器6月1次的频率进行取油样色谱分析。在色谱分析中对各特征气体的含量有明确的规定，所以测量完油中气体含量时，需要与标准的规定进行相互对比，从而发现其中的异同点，来进行故障的分析诊断。按照《电力设备交接和预防性试验规程》的规定，正常运行中变压器油中特征气体的含量应符合下列标准：
表1油色谱分析特征气体含量标准
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当气体含量与注意值之间进行相互比对后，当发现有超过注意值的气体时则要多加留意，但并不能经此来判断设备的故障类型。因为上表中的 “注意值 ”不是表明设备有无故障的绝对指标，也不能简单说色谱试验结果“ 合格”或“不合格”。油中溶解气体含量达到注意值时，应跟踪分析查明原因；若气体含量低于注意值但增加速度较快时，也应跟踪分析查明原因。反之，当油中溶解气体含量确已超过注意值但其数值不随时间增长时，亦可认为设备不存在发展性故障，仅需分析气体的来源。
在确定变压器是否存在故障时，除了特征气体超过注意值的绝对值，还要对其数值的增长速度进行追踪分析。DL/T722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定总烃绝对产气速率注意值不大于12 mL/d，总烃的相对产气速率注意值不大于10%/月。当色谱分析中各特征气体含量的绝对值超过了规程注意值，产气速率也超过了导则注意值时，就能基本判断变压器是存在故障的。这时，就可以根据气相色谱检测结果和特征气体的注意值等对变压器故障性质做出初步判断。变压器内部裸金属过热引起油裂解的特性气体主要是甲烷、乙烯，其次是乙炔。正常的变压器油中很少或没有这种低烃类气体，如果油中这类气体含量大增，可能是属于裸金属过热，如分接开关接触不良，引线焊接不良等。变压器内部放电性故障的特征气体是乙炔，正常的变压器油中不含这种气体，若在分析中发现这种气体，应密切监视发展情况，若增长很快，说明变压器内存在放电性故障。若变压器内氢气和甲烷含量高，总的烃类气体不高，甲烷是总烃中的主要成分，有可能存在局部放电性故障。若气体组分中乙炔和氢气的含量较高，总的烃类气体不高，则该变压器内可能存在火花放电性故障。若变压器内总的烃类气体很高，氢气含量也高，乙炔是总烃的主要成分，则有可能有电弧放电性故障。
3三比值法对变压器故障类型的诊断
在变压器故障类型的诊断中，除了参考其特征气体的绝对含量、产气速率外，通常还采用三比值法来确定故障的类型。三比值法是根据变压器内油、绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系，从5种特征气体中选取两种溶解度和扩散系数相近的气体组成三对比值，以不同的编码表示，作为诊断故障性质的依据。这种方法消除了油的体积效应的影响，克服了因脱气速率的差异所带来的不利影响，是判断充油电气设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态较可靠的诊断。下表2和表3就是我国DL/T722-2000《导则》推荐的改良的三比值法的编码规则和故障类型的判断方法。
表2三比值法编码规则
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表3故障类型判断方法
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三比值法在分析和应用的过程中要注意的是：观察各种特征气体在超过注意值得时候，气体成份的浓度大于分析方法灵敏度极限值的10倍，再结合其他分析方法综合判断得出设备内部确实存在故障，然后才可以应用三比值的方法分析故障的类型和故障。当气体继电器内出现气体时，也应将其中气体分析结果与油中气体分析结果作比较。
4综合分析对变压器故障的确定
由于变压器内部故障形式和发展是比较复杂，往往与多种因素有关，这就特别需要进行综合性的全面分析。在结合了油色谱特征气体和三比值法对故障的诊断分析外，我们还应结合其他检查性试验（直流电阻、空载试验、绝缘试验、测量微量水分和外部检查等）及设备结构、运行、检修等情况作综合性分析，也包括应积极采用新的测试技术，例如电气或超声波法局部放电测量和定位、红外成像技术检测、油及固体绝缘材料中微量水分测定，以及油中金属微粒测定等，以利于寻找故障线索，分析故障原因。这样，基于油色谱分析基础上的综合分析就能对故障或隐患类型甚至是故障位置有一个较为准确的判断了。
5结束语
在实际应用中，变压器的大部分故障是潜伏性的。油色谱分析方法能够效率准确的判断出变压器中潜在的风险和故障，对于早期预报与判断故障性质、部位、严重程度以及采取处理措施都具有重要作用。所以要充分利用油色谱分析灵敏性的特点，把预防和监测作用发挥到最大，帮助分析判断故障的类型和性质，并且能够提出及时有效地检修策略，提高变压器运行的安全可靠性。
参考文献
[1] 徐明芳.三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用.《水电技术》2011（17）.
[2] 贾淑梅.浅谈变压器油色谱分析. 《科技创新与应用》2013（29）.
[3] 张锦川.三比值法在变压器油色谱分析中的应用.《成铁科技》2007（4）.
[4] DL/T722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》2000年
论文作者:常晋红
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：气体论文; 变压器论文; 故障论文; 色谱论文; 比值论文; 含量论文; 特征论文; 《电力设备》2019年第21期论文;