變壓器油中溶解氣體研究和故障判斷

賀天宇

摘 要：變壓器系統發生故障或出現異常時，變壓器油液的分解變化更為明顯。以變壓器油液中的溶解氣體為研究對象，并以此作為變壓器發生故障的判斷依據，從而保障變壓器運行的可靠性。

關鍵詞：變壓器；溶解氣體；油液；故障

中圖分類號：TM406 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）17-0015-02

變壓器油箱中的油液可直觀反映其異常情況或故障問題，比如油溫異常、氣味或顏色異常等，通過對變壓器油液的分析、研究，可有效診斷變壓器的故障問題。變壓器油液在環境濕度、空氣氧氣濃度等長期催化下會發生化學分解或變質作用，生成可溶性氣體溶入油液中。變壓器在正常運行時，這種化學作用是比較緩慢的，然而，如果變壓器存在異常或故障隱患時，則會加劇這種作用，分解出更多的氣體。因此，對變壓器油液中所溶解的氣體組成、含量等進行研究、分析，便可對變壓器故障進行準確判斷，以便得到及時解決。

1 油液中溶解氣體的主要成分及來源

通過采用特定的方式對變壓器油液中的溶解氣體進行檢測、分析，歸納、總結出變壓器油液中的可溶解氣體成分及來源主要如下：①空氣中的氣體。由于變壓器油液在使用中與空氣是直接接觸的，因此空氣中可溶性物質如N2、O2等成分便會溶于油液中。②正常狀態下因化學反應而生成的氣體。變壓器油液主要是由烴類組成，這種物質在絕緣、可散熱性能上發揮著較好的作用。然而，烴類在電場、水、氧氣等環境下，會發生緩慢的化學反應，生成物除包括有非氣態的化合物外，還會分解釋放出少量的氫氣、低分子組態的烴類氣體和較多的無機碳氧化合物，比如典型的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。③異常或故障情況下的氣體生成物。變壓器發生故障或出現異常情況時，油箱中油液溫度高于正常溫度，而這種變化會使油液中的化學反應生成物向碳、氫化合物轉變。在油溫上升幅度較小時，生成物主要為甲烷（CH4），隨著溫度的升高，生成物中碳的含量逐漸升高，比如生成乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等。如果故障問題影響到變壓器中使用的固體絕緣物質時，則反應生成物以碳氧化合物CO、CO2為主。

2 變壓器故障問題的分析、判斷

由于變壓器發生故障時，油液中烴類化合物的成分及比重會出現異常，比如CO、CO2的含量及C2H2、H2的比重，因而可通過對油箱中油液的采樣分析，對變壓器的故障作出判斷。

2.1 故障情況下的氣體成分

上文提到，變壓器中的油液主要是由烴類組成，在發生故障時油溫升高，會使在局部高溫區的絕緣性烴類觸發熱反應，從而生成氣體。一般而言，變壓器油液中的烴類C-H鍵或C-O鍵在300～400 ℃時便可斷鏈，并重組形成低分子氣態飽和烴。隨著油溫的升高，生成物不僅有低分子氣態烴類，也有烯烴或炔烴等。由變壓器故障引發的放電現象也會影響到烴類的化學反應。如果放電量較少，則烴類分解釋放的H2較多，另外還有少量的低分子氣態烴生成，比如CH4、C2H4等；如果放電量增加，則會生成C2H2等氣體。此外，油液中還有部分碳氫化合物主要是由油液中存在的固態絕緣物在放電情況下產生的，其濃度取決于反應物即固態絕緣物的量。表1所示為不同情況下變壓器中氣體的含量。

表1 變壓器中的氣體成分及含量

設備名稱 結論

氣體 氣體

成份 含量（ppm） 正常 異常 故障

變壓器 氫 H2 <100 100～150 >150

甲烷 CH4 <45 45～80 >80

乙烷 C2H6 <35 35～45 >45

乙烯 C2H4 <35 55～100 >100

乙炔 C2H2 <5 5～10 >100

總炔 ∑CH <150 150～200 200

2.2 根據氣體含量判斷變壓器故障

對變壓器油液中氣體成分進行分析后得出：如果測得C2H2/C2H4的值在0.1以下，CH4/H2的值在0.1～1之間，C2H4/C2H6的值在1以下，則表明變壓器設備雖開始老化，但仍可安全運行；如果C2H2/C2H4的值仍在正常范圍內，CH4/H2的值大于0.1，C2H4/C2H6的值在0.1～1時，屬于局部放電現象，因變壓器油液中存在氣泡或其他懸浮類物質、變壓器設備受潮等引起；如果C2H2/C2H4的值增加至0.1～1區間時，則屬于強放電現象，比如變壓器內部的絕緣固態材料放電，當發生這種現象時，現場負責人員應加強變壓器的檢測、管理工作，避免事故發生；如果C2H2/C2H4的值在不斷增大，范圍在1～3，CH4/H2的值在正常范圍內，而C2H4/C2H6的值大于3時，則表明變壓器線路中存在工頻持續放電問題，比如變壓器線圈、線匝間或線圈對地間的變壓器被擊穿等，設備負責人員應對其進行及時處理，確保變壓器的正常運行。

3 變壓器內部故障的判斷

變壓器內部故障的判斷可從以下幾方面入手：①采樣觀察，即對變壓器油液的外觀進行觀察，判斷其是否有懸浮物，顏色、氣味是否異常，并對油液中的氣體成分進行色譜分析等；②如果判定變壓器存在故障或異常點，應排除故障點的產氣速率與其耗能、溫度等有關；③通過上述三組氣體物的比值確定變壓器的故障點或原因；④如果繼電器發生氣體泄漏情況，應將繼電器中的氣體含量對比結果與從油液中提取的結果進行比對，以防誤判。

4 變壓器故障分析的注意事項

4.1 取樣應正確、規范、可靠

在對變壓器油液進行取樣觀察時，操作應正確、規范，以防油液受到污染。采樣時，首先應完成變壓器油樣活門的清潔工作，對其反復進行三次以上放油后從油樣活門處取油，并且選擇干凈、密封性能良好的器皿，比如醫用注射器等，將取好的油樣放置于避光、溫度低的環境中。此外，在取樣時，應確保樣本的數據準確、可靠且具有代表性。取樣時，取樣閥中某些合金材料中含有的鎳對油液中烴類的分解具有催化作用，并會產生大量的氫氣圍在取樣閥四周，進而影響到取樣的最終結果，因此，取樣應在充分放油后進行，方能獲得可靠的分析樣本。

4.2 嚴格排查放電性故障

放電性故障易導致變壓器發生事故，并引發斷電等問題。而乙炔是判斷放電性故障的依據，因而如果在油液中檢測到乙炔的含量即使低于標準規定的5 μL/ L（適應于250 kV及以下的變壓器），設備管理人員也應引以重視。此外，應正確判斷變壓器中氣體的來源，以防誤判。判斷時應注意以下兩方面：①一些變壓器的油箱是帶油進行焊接的，電焊的溫度高達1 000 ℃，而這種高溫可加速油液中烴類的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24 h后應及時采樣進行分析、比對，準確判定乙炔的來源；②在補給油液時，如果補充油中存在乙炔，也會引起誤判，因此，在對油箱進行油液補給時，應確保補充油滿足使用需求。

4.3 注意氫氣含量

在對變壓器中的油液進行采樣時，當油液中氫氣成分含量升高時，應首先確定油液中微水的含量，從而可排除因設備受潮引起的誤判。對于剛投入使用的新型變壓器，考慮到其在生產制造過程中，因未完全脫氣或絕緣材料的種類不同等，在一些情況下也會使測出的氫氣含量高于標準值，此時不能盲目判定是變壓器發生故障，應該進一步跟蹤采樣分析。

4.4 檢修后的氣體分析

在對變壓器故障問題進行檢查、修復后，變壓器中的殘余油液中仍存有某些特征氣體，同時，在變壓器濾油區，有些部位無法進行油循環過濾，而對故障進行檢修后這部分油液中的氣體含量較其他區域多，且在設備投入使用后可能會擴散至其他區域，因而在對變壓器油液進行跟蹤采樣分析時，會發現油液中的氣體成分在明顯增加。因此，在完成設備檢修后，通過對油液中氣體成分的跟蹤檢測，如果各故障特征氣體的生成速度在逐步放慢，且一段時間后，氣體含量基于保持不變時，則可判定變壓器設備的故障已解決，可繼續投入使用。

5 結束語

變壓器油液中的溶解氣體是變壓器運行狀態正常與否的可靠指示燈，可有力地映射出變壓器的故障問題，對確保變壓器的穩定運行起到重要的作用。然而，在對油液中的溶解性氣體進行采樣分析時，要兼顧到設備的型號結構、變壓器運行方式、油液更新頻率和歷史數據比對等因素，綜合判斷變壓器可能存在的故障問題，杜絕因采樣分析造成的誤判斷，從而確保變壓器的安全、可靠運作。

參考文獻

[1]蘭萬里，宋廣洋.變壓器油中溶解氣體產生原因及故障分析[J].電力機車與城軌車輛，2012（35）.

[2]孟濤，陳強.利用變壓器油中溶解氣體分析技術進行故障診斷的研究[J].電工電氣，2011（01）.

[3]王延爽.油中溶解氣體分析技術在變壓器故障分析中的應用[J].科技創新與應用，2014（08）.

[4]王紅衛.淺談變壓器故障檢查與維護[J].科技情報開發與經濟，2010（28）.

〔編輯：劉曉芳〕

Transformer Oil Dissolved Gas Research and Fault Diagnosis

He Tianyu

Abstract： The transformer system failure or abnormal， transformer oil decomposition change more obvious. With transformer oil dissolved gas as the research object， and as a basis to judge a transformer failure， in order to protect the reliability of transformer operation.

Key words： transformer； dissolved gases； oil； failure

4.2 嚴格排查放電性故障

放電性故障易導致變壓器發生事故，并引發斷電等問題。而乙炔是判斷放電性故障的依據，因而如果在油液中檢測到乙炔的含量即使低于標準規定的5 μL/ L（適應于250 kV及以下的變壓器），設備管理人員也應引以重視。此外，應正確判斷變壓器中氣體的來源，以防誤判。判斷時應注意以下兩方面：①一些變壓器的油箱是帶油進行焊接的，電焊的溫度高達1 000 ℃，而這種高溫可加速油液中烴類的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24 h后應及時采樣進行分析、比對，準確判定乙炔的來源；②在補給油液時，如果補充油中存在乙炔，也會引起誤判，因此，在對油箱進行油液補給時，應確保補充油滿足使用需求。

4.3 注意氫氣含量

在對變壓器中的油液進行采樣時，當油液中氫氣成分含量升高時，應首先確定油液中微水的含量，從而可排除因設備受潮引起的誤判。對于剛投入使用的新型變壓器，考慮到其在生產制造過程中，因未完全脫氣或絕緣材料的種類不同等，在一些情況下也會使測出的氫氣含量高于標準值，此時不能盲目判定是變壓器發生故障，應該進一步跟蹤采樣分析。

4.4 檢修后的氣體分析

在對變壓器故障問題進行檢查、修復后，變壓器中的殘余油液中仍存有某些特征氣體，同時，在變壓器濾油區，有些部位無法進行油循環過濾，而對故障進行檢修后這部分油液中的氣體含量較其他區域多，且在設備投入使用后可能會擴散至其他區域，因而在對變壓器油液進行跟蹤采樣分析時，會發現油液中的氣體成分在明顯增加。因此，在完成設備檢修后，通過對油液中氣體成分的跟蹤檢測，如果各故障特征氣體的生成速度在逐步放慢，且一段時間后，氣體含量基于保持不變時，則可判定變壓器設備的故障已解決，可繼續投入使用。

5 結束語

變壓器油液中的溶解氣體是變壓器運行狀態正常與否的可靠指示燈，可有力地映射出變壓器的故障問題，對確保變壓器的穩定運行起到重要的作用。然而，在對油液中的溶解性氣體進行采樣分析時，要兼顧到設備的型號結構、變壓器運行方式、油液更新頻率和歷史數據比對等因素，綜合判斷變壓器可能存在的故障問題，杜絕因采樣分析造成的誤判斷，從而確保變壓器的安全、可靠運作。

參考文獻

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[3]王延爽.油中溶解氣體分析技術在變壓器故障分析中的應用[J].科技創新與應用，2014（08）.

[4]王紅衛.淺談變壓器故障檢查與維護[J].科技情報開發與經濟，2010（28）.

〔編輯：劉曉芳〕

Transformer Oil Dissolved Gas Research and Fault Diagnosis

He Tianyu

Abstract： The transformer system failure or abnormal， transformer oil decomposition change more obvious. With transformer oil dissolved gas as the research object， and as a basis to judge a transformer failure， in order to protect the reliability of transformer operation.

Key words： transformer； dissolved gases； oil； failure

4.2 嚴格排查放電性故障

放電性故障易導致變壓器發生事故，并引發斷電等問題。而乙炔是判斷放電性故障的依據，因而如果在油液中檢測到乙炔的含量即使低于標準規定的5 μL/ L（適應于250 kV及以下的變壓器），設備管理人員也應引以重視。此外，應正確判斷變壓器中氣體的來源，以防誤判。判斷時應注意以下兩方面：①一些變壓器的油箱是帶油進行焊接的，電焊的溫度高達1 000 ℃，而這種高溫可加速油液中烴類的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24 h后應及時采樣進行分析、比對，準確判定乙炔的來源；②在補給油液時，如果補充油中存在乙炔，也會引起誤判，因此，在對油箱進行油液補給時，應確保補充油滿足使用需求。

4.3 注意氫氣含量

在對變壓器中的油液進行采樣時，當油液中氫氣成分含量升高時，應首先確定油液中微水的含量，從而可排除因設備受潮引起的誤判。對于剛投入使用的新型變壓器，考慮到其在生產制造過程中，因未完全脫氣或絕緣材料的種類不同等，在一些情況下也會使測出的氫氣含量高于標準值，此時不能盲目判定是變壓器發生故障，應該進一步跟蹤采樣分析。

4.4 檢修后的氣體分析

在對變壓器故障問題進行檢查、修復后，變壓器中的殘余油液中仍存有某些特征氣體，同時，在變壓器濾油區，有些部位無法進行油循環過濾，而對故障進行檢修后這部分油液中的氣體含量較其他區域多，且在設備投入使用后可能會擴散至其他區域，因而在對變壓器油液進行跟蹤采樣分析時，會發現油液中的氣體成分在明顯增加。因此，在完成設備檢修后，通過對油液中氣體成分的跟蹤檢測，如果各故障特征氣體的生成速度在逐步放慢，且一段時間后，氣體含量基于保持不變時，則可判定變壓器設備的故障已解決，可繼續投入使用。

5 結束語

變壓器油液中的溶解氣體是變壓器運行狀態正常與否的可靠指示燈，可有力地映射出變壓器的故障問題，對確保變壓器的穩定運行起到重要的作用。然而，在對油液中的溶解性氣體進行采樣分析時，要兼顧到設備的型號結構、變壓器運行方式、油液更新頻率和歷史數據比對等因素，綜合判斷變壓器可能存在的故障問題，杜絕因采樣分析造成的誤判斷，從而確保變壓器的安全、可靠運作。

參考文獻

[1]蘭萬里，宋廣洋.變壓器油中溶解氣體產生原因及故障分析[J].電力機車與城軌車輛，2012（35）.

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[3]王延爽.油中溶解氣體分析技術在變壓器故障分析中的應用[J].科技創新與應用，2014（08）.

[4]王紅衛.淺談變壓器故障檢查與維護[J].科技情報開發與經濟，2010（28）.

〔編輯：劉曉芳〕

Transformer Oil Dissolved Gas Research and Fault Diagnosis

He Tianyu

Abstract： The transformer system failure or abnormal， transformer oil decomposition change more obvious. With transformer oil dissolved gas as the research object， and as a basis to judge a transformer failure， in order to protect the reliability of transformer operation.

Key words： transformer； dissolved gases； oil； failure