絕緣油色譜分析及故障診斷探討

虞曉昕

【摘 要】絕緣油色譜分析是一項對于設備進行診斷的有效方法，通過色譜分析技術分析絕緣油中溶解氣量含量，通過此方法可以有效的判斷出充油電氣設備內部產生的故障以及故障的嚴重程度，這可以有效的確保充油電氣設備的穩定安全的運行，該方法也是發現設備內部早期故障十分有效的方法，對于因為損害而導致電網事故的預防十分有效。本文就絕緣油色譜色譜分析故障斷定、設備各個部件絕緣油色譜表現特征并結合具體實例進行探討分析。

【關鍵詞】絕緣油；色譜分析；故障診斷

絕緣油是一種混合物，由許多不同分子量的碳氫化合物分子組成。在運行過程中，充油電氣設備由于受到磁場、電廠、金屬以及氧氣和熱輻射的作用下，絕緣油就會發生碳化、裂解以及氧化，這就造成了碳氫鍵和碳鍵斷裂，在化學反應過程中，會伴隨不穩定的碳氫化合物與少量活潑的氫原子，而這些斷裂的自由基和氫原子經過復雜的化學反應進行了重新組合，形成了各種氣體，CO、H2、CO2、C2H6、CH4、C2H2、C2H4等，而這些充油設備內部故障的類型和嚴重程度就與這些氣體產氣的速率以及氣體組成有著直接關系，故障的原因與故障時產生的氣體有著很大的聯系。烴類的產生是由于舌部局部過熱導致油過熱產生的，但是一般情況下沒有乙炔的產生；乙炔和氫的產生由于金屬放電產生的；CO和CO2是由于固體絕緣纖維素熱分解產生的，在此過程中，CO比CO2 少的多。

一、絕緣油色譜色譜分析故障斷定

產生氫氣的判斷，對于充油電氣設備發生了故障時就會產生氫氣；但是油中溶解氣體的氫氣出現含量較大，設備就不一定出現故障。例如：油中水分與鐵反應生成氫，過熱的鐵心層間油膜裂解也可生成氫；油在活性金屬（起觸媒的作用）的催化作用下，起到了脫氧反應，造成氫單值增高；新的不銹鋼中也可能在加工過程中吸附氫而又慢慢釋放到油中。一些氣體的產生容易對設備產生誤判，特別是在油中有溶解氧或者溫度比較高時，設備中的一些油漆在一些不銹鋼的催化下，就會產生大量的氫氣，容易造成誤判。對于放電性故障的排查時間的斷定，當油中的溶解氣達到注意值時，一般處理方法為將色譜分析的試驗周期縮短一半，其故障可以更短，但是不能小于一周的時間；與此同時，需要注意的是：

（1）查詢相關資料顯示，對于一個油量有十三噸的設備，判斷故障的標準是通過乙炔的含量進行斷定，然而，每月乙炔含量達到至少增加1μL/L或者總烴15 μL/L時，才能有效的斷定出存在的故障，對于周期短，氣體增量比較低。色譜分析通常就無法進行鑒別。

（2）對于慢性故障色譜的分析達到時，可以鑒別一到三天的氣體增量的精度。

對于變壓器內部關于C2H2 單值高而并不存在故障的原因可能有兩個方面內容：一方面是有載調壓開關油滲入變壓器本體，C2H4與H2濃度近似相等， CH4濃度小于C2H2溶解度時，就容易溶解到油中，并且滲漏到變壓器本體中；另一方面是變壓器本身滲入了套管油。

資料顯示，C2H2 的注意值為5 μL/L，從這點分析可以知道滲漏到變壓器油中總烴雖大于乙炔，但離注意值很遠，而乙炔則大大超過了注意值。單純C2H2 高，如果本體外圍設備均無滲漏到本體的現象，就應懷疑內部產生電弧放電，因此除了追蹤色譜分析，考察產氣速率外，還要結合電氣試驗進行綜合分析。

二、設備各個部件絕緣油色譜表現特征

現場的投運前數據不能用于出廠實驗數據，殘氣由于變壓器用油量比較多在出廠前就已經大量稀析，而且油因為需要運輸和內部檢查而放出，指導現場安裝時需要再次重新注油，這就是造成殘氣濃度較低的原因。正相反的是，由于少油設備擁有量比較少，現場一般不會換油，這就會造成油中殘氣濃度比較高。由于套管發生的故障在于放電性故障，這使得甲烷比總烴放電特征更加明顯，因此，在套管油中溶解氣體的注意值采用的是甲烷，而不是總烴含量。套管主要是受電應力作用，而受熱應力的作用就不是很重要，對于套管投運前油中甲烷和氫含量往往較高，在出廠試驗時，可能更多地在其內部產生并殘留氫和甲烷。套管在運行階段會受到高電壓作用，這就會可能發生局部放電，產生甲烷和氫氣，而且，由于套管具有很好的封閉性以及油量少，大氣不能直接供給油進行呼吸，氣體就會有較小的損失這就會造成在運行的套管中甲烷和氫氣含量較高。互感器是一種特殊變壓器，溫度低，電流小，故障源溫度較低，故障時油裂解的氣體往往是甲烷、乙烷高，乙烯相對低。電流互感器故障原因受潮或者放電，由于過熱產生的故障比較少，如果發生內部有過熱性故障就是由于嚴重過熱產生的，而且涉及到固體絕緣。

然而，設備故障僅僅憑借色譜分析進行結果斷定故障部位是不全面的，主要是由于設備故障與油中溶解氣體相對來說關系比較復雜，還需要綜合其他手段進行故障診斷，例如：電氣試驗、運行、檢修、附屬設備、負荷等各方面的情況，通過具體問題進行具體分析，找出變化規律，預測出確切的故障部位以及故障損害的嚴重程度，綜合方法也是對電力設備的安全穩定運行提供了有利保障。

三、實例分析

某電廠5號主變故障診斷結果

其中氫氣和總烴都遠遠超過注意值150 μL/L，按照ICE 特征氣體的“三比值”法，判斷屬于022編碼，是高于700 ℃的高溫熱故障；另外由于油中總烴含量高達9000μL/L，CH4和C2H4是主要成分，C2H2含量較少占總烴的5.5%以下，H2占氫烴總量的27%以下，根據改進的特征氣體法，由此判斷變壓器內部存在嚴重的熱故障，屬于CH4 和C2H4主導型的過熱型。根據特征氣體中主要成分與變壓器異常情況的關系，我認為變壓器內部故障的具體情況可能是：首先，絕緣不良；其次，連接部分松動；最后，分接開關接觸不良。后來#5 主變大修時檢查發現，低壓側引線連接出線套管B和C相的螺絲嚴重發黑，螺絲松動，接觸不良。處理故障后重新投運，我們加強了對變壓器油的色譜分析，可以看出，#5 主變油中總烴穩定在230 μL/L 左右，這些氣體應該是原來內部材料吸收故障氣體，大修時油處理不徹底而在運行中釋放的緣故，如今電廠#5 主變運行正常。

小結

通過色譜分析技術分析絕緣油中溶解氣量含量，通過此方法可以有效的判斷出充油電氣設備內部產生的故障以及故障的嚴重程度，這可以有效的確保充油電氣設備的穩定安全的運行，該方法也是發現設備內部早期故障十分有效的方法，對于因為損害而導致電網事故的預防十分有效，該手段也是電力系統化化學實驗人員對于充油設備進行技術監督，也是保障電網安全可靠運行的十分重要的手段。

參考文獻：

[1]楊帆.變壓器在線監測與故障診斷的研究[D]，華北電力大學，2008.

[2]劉海萍.電力變壓器在線監測與故障診斷的研究[D]，江蘇大學，2007.

[3]廖國文.電力變壓器內部故障早期發現與診斷技術的研究[D]，浙江大學，2011.