應用變壓器油色譜分析判斷變壓器故障研究

摘 要：電力變壓器對電力系統具有十分重要的作用，它起到電壓變換、電能運輸和電能分配的作用，所以只有在變壓器正常運行的情況下，電力系統才能安全、可靠的運行。但是，在長期使用過程中，變壓器會發生老化現象，進而產生一些故障，埋下事故的隱患，我們要設法消除這些問題。文章即從變壓器故障時所產生的氣體量及比例的變化角度出發，為變壓器故障的檢測提供了一種可行的方法：色譜分析法，并且介紹了利用色譜分析在判斷變壓器故障時常用到的三種應用方法，最后指出了在應用色譜分析法時減少誤差應注意的環節，希望對相關工作者能有所幫助。

關鍵詞：色譜分析；變壓器故障；特征氣體組分法；三比值判斷法；成分超標分析法

1 色譜分析判斷變壓器故障的理論依據

變壓器油是一種包含有礦物絕緣油和有機絕緣材料的礦物油。其中，絕緣油中含有脂肪族飽和烷烴、脂肪族飽和環烷烴和芳香族不飽和烴等成分，絕緣材料中含有纖維素。

在變壓器的運行過程中，這些絕緣物會發生老化和變質，并且伴隨著一些氣體的產生，例如：氫氣、甲烷、乙烯、乙烷等低分子烴類和一氧化碳、二氧化碳等氣體。不同運行情況下產生的氣體量與氣體比例是不同的：（1）當變壓器正常運行時，會產生少量氣體；（2）當變壓器產生故障時，產生的氣體量增大，其中，若故障點溫度低，則會產生比例較大的甲烷氣體，若故障點的溫度升高，則會增大乙烯和氫氣組分的量和比例，若故障點溫度嚴重過熱，則會產生乙炔，并伴隨著二氧化碳和一氧化碳氣體的產生。并且，二氧化碳和一氧化碳的比值是隨著溫度的升高而降低的，所以，可以通過測定氣體中的成分和氣體比例來判斷變壓器是否在正常運行。

變壓器正常運行過程中產生的氣體大多能溶解于絕緣油中，但是發生故障的變壓器運行時，產氣量大于溶氣量，從而存在部分不能溶解的氣體，它們進入繼電器引起繼電器工作。故障初期所積累的氣體量還不足以使繼電器工作，所以，如果在故障初期能及時檢測到氣體的變化就能有效的防止事故的發生。

氣相色譜法是一種測定氣體組分和含量的分析方法，它的分析過程是：將溶解在油中的氣體分離出來，混合氣體通過色譜分析儀，用色譜柱將這些混合氣體分離，然后，通過鑒定器來測定被分離氣體的成分和含量，從而得到該混合氣體的組分和含量。所以，應用變壓器油色譜分析來判斷變壓器的故障點和故障程度是可行的，并且能有效的預防事故的產生。

2 色譜分析判斷變壓器故障的應用方法

應用色譜分析來判斷變壓器故障的應用方法有三種，分別是：特征氣體組分法、三比值判斷法和成分超標分析法。下面分別就這三種方法進行具體的分析：

2.1 特征氣體組分法

當變壓器產生不同的故障時，產生的特征氣體的成分也不相同。因此，可以根據氣體的成分來初步判斷變壓器所發生的故障類型。如表1所示：

2.2 三比值判斷法

特征氣體法能初步判斷故障的類型，結合三比值法進行判斷可以使結果更加可靠。三比值分別是指CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4的氣體之間體積分數的比值。當三個比值不同時，對應的故障性質和故障特征不同，具體分析如表2所示：

2.3 成分超標分析法

利用成分超標分析法來判斷變壓器故障可分為下列3種情況：

（1）油紙絕緣受潮引起H2的量超過正常標準；（2）變壓器中存在電弧、多點接地短路等能量放電故障時引起C2H2的量超標并且增長速度較快；（3）因為在絕緣體的正常老化過程中也會產生大量的CO、CO2氣體，所以單單CO、CO2的增長較快是不能說明變壓器有故障的。

3 減小色譜分析方法中誤差的產生

色譜分析法的操作步驟多，所以，在這個過程中產生的誤差也比較大，結合誤差的產生因素，提出下列在實際操作中可以減小誤差的環節：

（1）密封油樣容器，保證在油樣運輸過程中的平穩；（2）注射器要密封良好，并且在取樣時，要避免玻璃注射器中氣體的吸入，保證取樣準確；（3）不同的油注射量會影響結果，所以要準確定量待測油樣的注射量；（4）不同人的測量和分析結果不同，盡量采用軟件來測量和分析數據，保證數據的準確性。

4 結束語

電力部門應該加強對變壓器的監督和定期檢修，以保證變壓器的正常運行，避免事故的產生。通過筆者多年的工作實踐，利用變壓器油色譜分析來判斷變壓器故障的方法是十分可行的，對于事故的預防以及故障點、故障程度的檢測都具有十分重要的作用。所以，相關部門要加強對色譜分析方法的研究，積累變壓器故障與產生氣體成分含量關聯的經驗，并且為了更好的指導生產，保證電網安全可靠的運行，還要將色譜分析法與電氣試驗、運行、檢修等情況相結合，以便更加準確的判斷出變壓器的故障。

參考文獻

[1]魯永，郭寶明，李衛軍.變壓器油色譜分析及故障判斷[J].北京電力高等專科學校學報（自然科學版），2011，28（3）.

[2]凌海峰，劉津浩，李志新.變壓器油色譜分析與故障判斷[J].液壓氣動與密封，2012，32（5）：46-50.