變壓器檢修中油色譜分析的實踐應用

劉鳳貞　郭明剛

摘 要：變壓器是整個電力系統和電網中的重要設備，對于變壓器的故障檢測主要有色譜分析檢測和電氣量檢測。前者主要是對變壓器油中特征氣體的產氣速率、三比值法和含量進行分析。在實際應用過程中，采用不同的分析模型確定設備運行是否屬于正常或存在潛伏性故障以及故障類別，能有效判斷變壓器的內部故障以及故障類型。

關鍵詞：變壓器；檢修；色譜分析；故障分析；特征氣體

引言

在現今的大型發電廠以及發電站中，作為主要設備之一的大型變壓器在整個電力系統中不僅承擔著傳輸電能還承擔著改變輸送電壓等級的重要作用。一方面大型變壓器能夠升高電壓把電能輸送到全國各用電地區，另一方面大型變壓器還可以將電壓降低為各級使用電壓從而適應不同的供電需求。在整個電力系統輸送電能的整個過程中，會產生功率和電壓兩方面的損耗，當輸送同一功率的電力時，功率損耗與電壓的平方成正比而電壓損耗與電壓成反比。因此大型變壓器的作用就能夠提高電壓而減少電壓損失。電網供電的經濟性和可靠性直接受到大型變壓器的安裝或檢修的質量的影響。

綜合運用各種有效的檢測方法對變壓器進行故障診斷，根據電力設備預防性試驗規程規定的規程參考，根據檢測結果進行判斷和綜合分析，在不停電的情況下，通過色譜分析對變壓器油中氣體的的檢測的化學檢測方法，對變壓器其發展程度的早期診斷及內部的某些潛伏性故障有效。故障的程度及性質和油中氣體的各種成分含量直接有著密切的不同的數學對應關系。變壓器故障錯綜復雜，如果對依靠單純的故障檢測方法測明部分發熱故障過程中所存在的氣體進行色譜分析，就能夠更為有效的檢測出其中所潛伏的一些故障因素。

1 油色譜分析理論研究

1.1 基本原理

實際上油色譜分析理論是在溫度的規律性變化情況下通過對變壓器油中不同氣體表現出來的出現頻率的探索。在溫度規律性升高的過程中，產氣率在進行的故障檢測技術和早期分析情況下，最大的氣體依次為甲烷、乙烷、乙烯和乙炔。在實際的生產過程中，變壓器油在這一客觀情況下，出現的故障狀態下溫度變化被充分的證實，油的溶解氣體含量與其溫度變化存在著客觀聯系。由于老化等原因，極少量氣體在常規運轉狀態下將會被逐步地分解出來，這些氣體的分解速率在故障出現的時候將會極大的提升，變壓器內部氣體成分所占的比重最終會快速上升。變壓器中的絕緣油中以及少量也可能溢出進入氣體繼電器中主要包含這些氣體。變壓器的整體故障情況和在變壓器中的各種氣體所占比例之間存在著客觀的聯系。因此，成功應用定期對變壓器中的企業成分進行測量技術，就能夠對及早發現充油電力設備中的潛在性問題有著重要的現實意義。

1.2 基本程序

首先若氫氣、乙炔、總烴有一項特征氣體的含量大于規程規定的注意值的20%，應先根據特征氣體含量找出對應關系作大致判斷，主要的包括：總烴中烷烴和烯烴過量而炔烴很小或無，則是過熱的特征；氫氣則有可能是有進水受潮的可能；乙炔可能引起電弧或火花放電。然后應當通過計算產生速率來對故障發展的快慢進行評估。再次通過分析氣體組分含量，進行三比值計算，確定故障類別。最后通過其它試驗核對設備的運行狀況，對其進行綜合分析判斷。

2 油色譜分析中變壓器故障類型及特征氣體

2.1 過熱性故障

分為裸金屬過熱和固體絕緣過熱兩類，它們的區別在于油等絕緣材料會發生裂化分解，以及導致變壓器設備的絕緣性能惡化。兩者的區別在于裸金屬過熱二氧化碳和一氧化碳的含量較低，而固體絕緣過熱二氧化碳和一氧化碳的則較高。

2.2 電效應故障

設備的絕緣性能會因為設備內部產生電效應而發生惡化現象。按照產生電效應的強弱分為三種。第一種是高能電弧放電，主要為乙炔和氫氣氣體的產生，其次是甲烷和乙烯氣體。這種故障一般色譜法由于在設備中預兆不明顯、存在時間較短較難預測。第二種低能量火花放電是一種間歇性的放電故障。套管引線對電位未固定的均壓圈、套管導電管等的放電；鐵心接地片、引線局部以及分接開關接觸不良或者金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。主要產生C2H2和H2氣體，其次是CH4和C2H4氣體，一般總烴含量由于故障能量較低而不高。第三種局部放電主要由于設備受潮或者制造工藝差或維護不當發生在套管和互感器上造成局部放電。產生氣體主要是H2，其次是CH4。少量的乙炔氣體在放電能量較高時，也會產生。

2.3 主要氣體含量達到注意值時故障分析方法

在判斷設備內有無故障時，首先將相對應的規范性導則規定的注意值與氣體分析結果中的氫氣、總烴含量、乙炔主要指標進行比較。如果出現某種含量超過注意值時都應引起注意。只不過這些規定值不能夠作為劃分設備有無故障的不變的唯一標準。如有些氣體含量雖低于注意值，但含量增長迅速時，也應追蹤分析；或者有的設備即使超過注意值，使得氣體含量較高，因為可能是外來干擾引起的基數較高，而不是本體故障所致，這時應與原始數據進行綜合分析。最終判斷有無故障，是把分析結果絕對值超過規定的注意值，且產氣速率又超過10%的注意值時，才判斷為存在故障。其次注意值不是變壓器停運的限制，要根據具體情況進行判斷，如果不是電路或絕緣等問題，可以緩停運檢查。再者若油中含有氫和烴類氣體，但不超過注意值，且氣體成分含量一直比較穩定，沒有發展趨勢。則認為變壓器運行正常。

2.4 據三比值法分析判斷方法

三比值法又稱IEC三比值法。羅杰斯比值法通過改進得到的一種方法。通過計算，將選用的5種特征氣體乙炔乙烯比值、甲烷氫氣比值、乙烯乙烷比值構成三對比值，三對比值對應不同的編碼，然后分別對應經統計得出的不同故障類型。應當注意應用三比值法時只要分析方法靈敏度極限值的10倍小于或者等于油中氣體各成分濃度，都認為它超過注意值。進一步用三比值法分析在氣體成分含量足夠高的情況下，確定變壓器內部存在故障需要對其故障性質在經綜合分析后方可進行。一律使用三比值法，不論對油中各種氣體含量正常的變壓器還是變壓器是否存在故障，其比值沒有意義。同時還會有可能錯誤的判斷為故障變壓器，造成不必要的經濟損失。

2.5 故障產氣速率判斷法

為了能夠準確的確定故障的嚴重程度和存在與否。不僅僅考慮故障部位的產氣速率及早發現雖未達到氣體含量的注意值引起的潛伏性故障，還必須通過油中溶解的氣體含量所得的分析結果的絕對值。對于通過產氣速率大小，《變壓器油中溶解氣體分析判斷導則》中給出了推薦值作為判斷故障的危害程度。當相對產氣速率的總烴的產氣速率大于10%時或大于指定流量時可能存在嚴重故障應引起注意。總烴的絕對值或者總烴產氣速率小于注意值時，變壓器正常；總烴含量介于注意值和注意值的3倍之間，總烴產氣速率小于注意值，根據指定規范說明變壓器有發展緩慢的潛在性故障，可繼續運行并注意觀察。在前者的前提下，如果總烴產氣速率為注意值的1到2倍，則應縮短試驗周期，密切注意變壓器有故障發展；注意值的3倍小于總烴含量且總烴產氣速率大于注意值的3倍，則變壓器的故障發展迅速，并且情況嚴重，應立即采取必要的措施，進行檢修。

3 結束語

色譜分析方法對于變壓器油中氣體含量的檢修能及時有效診斷變壓器內部潛伏性故障以及存在的潛在性的故障因素。具體應用中，要實事求是，根據不同的情況，采用不同的分析方法對故障或缺陷的不同發展時段，結合電氣試驗數據和設備的實際運行狀況，要對變壓器進行綜合分析，做出正確評判設備狀況或制定針對性的檢修計劃，確保變壓器可靠、經濟、安全運行。

參考文獻

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