變壓器故障分析診斷中油色譜分析技術的應用

摘 要：隨著我國工業科技的快速發展，對于電力行業來說，變壓器是輸電系統的重要組成部門，變壓器設備的優劣直接決定了輸電系統的質量。為了保障整個供電網的正常運行，需要對變壓器運行狀態進行正確的判斷，對于發生的故障應及時做出反應。在變壓器的運行狀態分析中，油色譜分析技術是主要的分析途徑。對油色譜的變化規律進行分析和總結，對于判斷和檢測故障有重要的作用。

關鍵詞：變壓器故障；分析診斷；油色譜分析技術；應用

中圖分類號：TM407 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0050-02

大型變壓器是供電系統的重要設備，變壓器運行狀態的預估水平、正確判斷和解決故障，可以直接影響到整個供電網絡的運行狀態。

現階段，我國在供電行業中運用無人值班變電站的數量越來越多。隨著這種技術的深入發展，帶電進行監測作業技術和在線監測變壓器技術，得到了不同程度的推廣和運用。對變壓器運行狀態判斷的核心目的是記錄、分類和評價變壓器的信息。當變壓器出現故障時，可以及時根據記錄信息進行修理，在筆者看來，運行狀態的分析是進行檢測修理的基礎。利用變壓器運行狀態分析技術，可以實時掌握變壓設備的運行，為供電系統提供早期故障的報告。

1 使用油色譜分析技術進行變壓器分析的必要性

在運用油色譜分析技術進行變壓器故障判斷時，需要先從處于運行狀態的變壓器本體中抽取油樣，然后對油樣中所包含的氣體進行分離分類，最后根據分析出來的結果報告來進行變壓器運行狀態的判斷。一般情況下，可以得出變壓器故障的原因以及故障類別。當變壓器處于正常運行狀態時，其中的油樣應當只含有較少的一氧化碳、二氧化碳、氧氣和氮氣等空氣常見物質。當變壓器處于故障狀態時，油樣中的物質會發生分解反應，產生氫氣和烴類氣體，這種故障一般是由變壓器內部溫度過高、受潮和放電反應導致的。

在進行故障判斷時，通常是將產生的烴類氣體提取出來，進行油樣色譜分析。這種分析方式能為供電系統提供早期的變壓器故障報告，是保障變壓器正常運行的重要方式。當變壓器內部的油樣出現上述問題時，此時的機械故障還屬于初級階段，不會對供電質量產生較大影響，所以不能用電氣試驗進行檢測。與電氣試驗相比，油色譜分析法就更為實用，它能準確、靈敏地發現變壓器的運行故障問題。這種速度是電氣試驗不能達到的，正因為它的諸多優勢，能迅速、準確的找到問題，才能在電器行業大面積推廣使用起來。

2 運用油色譜分析技術進行變壓器故障分析

根據筆者的調查，一般情況下，變壓器內部的故障原因可以分為兩類，一種是放電反應，另一種是過熱反應。在過熱反應中，可以按照溫度的大小，分為高溫過熱、中文過熱和低溫過熱三種。在放電反應中，可以按照性質的不同，分為火花放電、電弧放電荷局部放電三種。

2.1 過熱反應

產生過熱反應故障的原因有三種，分別是導體故障、電磁路故障和觸點接觸不良故障。如果過熱故障沒有涉及到固體絕緣的狀況時，油樣中產生的氣體分子主要是相對質量較小的烴類氣體。以甲烷這種物質為代表，參雜有，這兩種物質相加之和通常情況下是整個烴類氣體的80%作用。當故障點的溫度比較高，一般情況下高于500 ℃時，氫氣和的含量會急劇增加。當嚴重過熱時，一般情況下溫度高于800 ℃。油樣中的含量會下降。當故障點的溫度較低時，甲烷的含量最多。如果涉及到固體絕緣，產生過熱現象時，油樣中產生的氣體除了上述說的之外，還有一氧化碳和二氧化碳。

2.2 放電故障

對于放點故障來說，可以分為火花放電、電弧放電和局部放電三種。

①火花放電。這種放電現象主要是由一種間歇性的放電故障引起的。按放電能量來劃分，屬于低能放電的范疇，油樣中產生的氣體總烴量較低。氣體的主要成分是和氫氣，緊隨其后的是甲烷和。間歇性放電故障包括幾種，按照性質來劃分，大致可以分成開關撥叉懸浮電位放電、鐵芯接地不良引發的懸浮電位放電等。

②電弧放電。這種放電現象主要是由于層間和現匝之間絕緣被擊穿、過電壓引發變壓器內部閃絡、分接開關飛弧、電容屏被擊穿等原因。在這種故障現象中，油樣的主要成分是氫氣，緊隨其后的是甲烷。

③局部放電。這種放電現象主要是由于絕緣材料內部被電流擊穿，造成局部短路的放電現象，按照性質來劃分，可以分為油中氣泡放電和氣息放電兩種。產生這種放電現象的主要原因是外界環境過于潮濕，使變壓器設備受潮，或者是變壓器在生產過程中，工藝不精和維護工作錯誤引起的。在這種故障現象中，油樣的主要成分是氫氣，緊隨其后的是甲烷。

3 產生故障的原因

3.1 故障分析

基于上述所說的相關規定，油色譜分析技術的數據主要有兩類，第一類是特征氣體的產生速度，產生氣體的速度可以分為相對產氣體速率和產氣體速率。另一種是特征氣體在油樣中的含量，接下來以筆者調查的某單位為例來分析故障原因。筆者將兩種數據特征氣體含量總結歸納見表1。

特征氣體的產生速率的單位是ml/d，通過這個計量單位我們可以知道，產生速率就是某個特征氣體一天之內的平均值。這種計算公式如下：

？酌？駐=■

公式中，C2-C1是兩次抽取油樣中氣體的含量，cm3；

？駐L是兩次抽取油樣的時間間隔，d；

M代表變壓器中設備的總體油量，ml；

？籽代表油的密度，是一個固定常數。

此單位產生特征氣體的絕對速率注意值總結見表2。

產生氣體的速率，也就是每個月內油量中某個特征氣體的含量增加的值，與原來的含量值報分數的平均值，計算公式如下：

？酌？駐=■×■×100%

其中，C2和C1是兩次取樣的氣體含量，cm3；？駐L是兩次取樣的時間間隔，d。

3.2 故障判斷

根據上述所說的特征性氣體含量的分析，我們可以進行故障性質判斷。

①這個電廠車間如果變壓器內部的油樣中氫氣的含量較高，根據上述所說的判斷方法，可以得出，變壓器主要是受外部潮濕的影響。

②這個變壓器油樣中如果總體烴類含量中，甲烷占據的比重較大。除此之外，還摻雜有氫氣的產生，根據上述所說的判斷方法，我們可以得出，這種故障原因屬于低能量、低密度的放電故障。站在放電類別的角度來論述，屬于局部放電范疇。

③這個變壓器油樣中如果產生的氣體中存在乙烷，根據上述所說的判斷方法，可以得出這種故障現象屬于火花放電和電弧放電故障。

④這個變壓器油樣中如果產生的氣體中乙烷的含量較高，根據上述所說的判斷方法，可以得出這種故障現象屬于過熱性故障的范疇。

⑤這個變壓器油樣中如果產生的氣體中一氧化碳和二氧化碳的含量較高，那么基于故障分類來說，有以下幾種原因：

第一種可能屬于電故障和熱故障部位中絕緣介質參雜了進去。這樣就會使油樣中出現一氧化碳和二氧化碳。

第二種可能是變壓器處于運行過程中，油樣吸收了空氣中的二氧化碳。

第三種可能是絕緣物質發生老化現象，或者是油樣中發生了氧化反應，促使油樣中一氧化碳和二氧化碳的含量處于較高的狀態。

應當注意的是，上述筆者對于一氧化碳和二氧化碳的含量沒有進行嚴格的規定，注意值也沒有同意，這只是一種粗略的規定方式。對于開放式的變壓器來說，油樣中二氧化碳的含量不超過300 ml/l時，就證明變壓器處于正常運行的狀態。對于使用時間較長的變壓器來說，在較為惡劣的環境下，變壓器油樣中一氧化碳和二氧化碳值稍稍高出標準值，這屬于正常現象。

4 結 語

變壓器運用了油色譜分析技術，對監測處于運行狀態中變壓器內部是否處存在潛在的運營故障因素來說，具有很重要的作用。在筆者看來，油色譜分析技術是保障變壓器運營安全的重要途徑，但是油色譜分析技術同樣具有不全面型，所以不能單憑這種分析技術來判斷變壓器故障類型。在判斷時，我們應當考慮檢修狀態和電氣試驗結果的因素，將三者綜合起來利用，才能對變壓器故障類型做出較為完善的分析結果。

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