變壓器油色譜分析及其故障判斷研究

朱苗

摘要：21世紀以來，我國的經濟飛速發展。隨著經濟的不斷進步，我國的科學技術水平也日益提高。利用對變壓器油的色譜分析對變壓器進行故障判斷是一種新型的、科學的對變壓器故障的診斷方法，是技術的一次革新。文章就變壓器油色譜分析及其故障判斷進行了研究和探討。

關鍵詞：變壓器；油色譜分析；故障判斷；故障類型；電力輸送 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM855 文章編號：1009-2374（2015）14-0153-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.076

變壓器在電力輸送過程中扮演著非常重要的角色，起到了非常重要的作用，所以變壓器的安全問題與電網的安全息息相關，因此保證電壓器正常工作是電力工人工作的重中之重，對電壓器的故障判斷也必須準確。油色譜分析方法能夠通過對變壓器油的分析，準確地判斷出變壓器內部的部位和原因。

1 變壓器油色譜分析的原理

變壓器油本身是一種礦物質油，它是通過對石油進行分離而得來的。變壓器油里含有一些有機絕緣材料和礦物絕緣油，是一種絕緣性油，在變壓器的運行中起著重要作用。在變壓器正常運行的過程中，絕緣油和固體絕緣的老化現象其實屬于正常的消耗問題，這屬于正常現象。但是在使用過程中，隨著油和固體絕緣體的磨損、逐漸老化、變質，會分解出少量的氣體，這些氣體主要由H2（氫氣）、CO（一氧化碳）、CO2（二氧化碳）CH4（甲烷）、C2H6（乙烷）、C2H4（乙烯）、C2H2（乙炔）這七種組成。在變壓器正常運行的時候，由于正常磨損、老化問題，逐漸的會產生少量的這些氣體，但是如果當變壓器內部出現問題，有故障時產生的這些氣體就會增多。不同的氣體如果增多的量不同的話，那么變壓器故障的原因就會不同，因此我們就可以對變壓器油進行色譜分析，再根據產生的氣體的組成，還有所占的成分比例來判斷變壓器的故障原因和程度或者變壓器絕緣老化的程度。

油色譜分析法除了在變壓器出現故障后，對變壓器進行故障判斷外，油色譜分析法還可以對變壓器進行故障預防。電力運行部門可以通過定期對變壓器油檢查其產生氣體的成分和含量來對預防變壓器內部潛伏性故障的出現，判斷是否會危及變壓器的正常運行，如果發現故障，也可以及時解決，做到早發現、早解決，防患于未然。

2 變壓器內部故障的主要類型

2.1 變壓器過熱性故障

變壓器過熱性故障又分為固體絕緣過熱和裸金屬過熱兩類。過熱性故障的根本原因是由于設備絕緣性能變壞，變壓器油或者其他的絕緣性材料因設備過熱而裂變分解。當變壓器發生過熱性故障時，一般會產生甲烷和乙稀氣體，這兩種氣體的含量所占比例非常大，占到總烴含量的80%以上，是產生的氣體的主要組分。當變壓器內部溫度繼續升高時，產生的氣體中乙烯的成分將會增加。然而判斷過熱性故障到底是由固體絕緣過熱引起的還是由裸金屬過熱引起的故障，還須根據氣體中一氧化碳和二氧化碳的含量比例來判斷。固體絕緣過熱時，這兩種氣體的含量較高，而由裸金屬過熱導致故障時，這兩種氣體的含量較低。

2.2 變壓器放電性故障

變壓器放電性故障一般是由于設備內部產生放電現象而導致的設備絕緣性惡化。產生放電現象的原因也有很多種，例如電弧放電、火花放電和互感器和套管上的局部放電等。這三種放電性故障，由于故障發生的原因不同，所產生的氣體成分和含量也會有所不同。電弧放電時，所產生的氣體中，含量較多的主要是乙炔和氫氣，還有少量的甲烷和乙烯氣體產生；火花放電時，產生的氣體中一般總烴的含量不會很高，也是以乙炔和氫氣為主，其次是甲烷和乙烯氣體；局部放電產生氣體的特征，其主要成分是氫氣，其次是甲烷。通常氫氣占氫和烴總量的90%以上，甲烷與烴總量之比大于90%。

2.3 變壓器絕緣受潮故障

變壓器絕緣受潮故障發生的原因一般是因為環境潮濕或者變壓器中進水，從而導致變壓器內部設備潮濕、受潮。在這種情況下，產生的氣體特征是，其主要成分是氫氣，其他氣體則都沒有明顯的增多變化。

3 變壓器油的色譜分析與故障判斷

變壓器油的色譜分析的原理就是根據變壓器發生的故障不同時所產生的特征氣體成分和含量的不同，利用色譜分析對變壓器的故障進行判斷。表1是幾種根據特征氣體判斷變壓器故障類型的情況：

絕緣油和絕緣紙是變壓器的主要絕緣材料，由表1可知，變壓器的故障類型主要是由變壓絕緣油或者絕緣紙在不同情況下分解產生的氣體不同，還有變壓器設備本身受潮而導致的故障。下面我們就來分析一下不同故障類型的判斷方法：

3.1 過熱性故障

由表1可知，當絕緣油過熱時，產生的特征氣體主要是甲烷，次要氣體是乙烯；絕緣油和絕緣紙嚴重過熱時，產生的特征氣體主要有甲烷、乙烯、一氧化碳和二氧化碳，還有氫氣和乙烷這兩種次要氣體。

3.2 放電性故障

由表1可知，當變壓器油中出現火花放電故障時，產生的氣體主要有氫氣、甲烷和乙炔氣體；當絕緣油中電弧放電時，產生的氣體主要是氫氣、乙炔和甲烷，次要氣體組分為乙烯和乙烷；當絕緣油和絕緣紙中都電弧放電時，產生的特征氣體主要是氫氣、乙炔、一氧化碳和二氧化碳，除此之外，還有少量的甲烷、乙烷和乙烯等次要氣體產生；當油紙絕緣局部放電時，會放電分解出大量的氫氣和甲烷氣體，還有少量的乙炔、一氧化碳和乙烯氣體。另外，無論是哪一種放電性故障只要有固體絕緣加入時，都會有一氧化碳和二氧化碳氣體產生。

3.3 受潮故障

當變壓器設備進水受潮或者油里有氣泡時，根據表1數據可知，這兩種情況下都會產生大量的氫氣。設備內部進水受潮時，除了油中的水分和固體絕緣中存在的氣隙而發生局部放電，從而產生氫氣外，水分子也會在電場作用下發生電解反應生成氫氣，還有水分與鐵發生的化學反應，也會產生大量的氫氣。因此，變壓器內部進水受潮時，氫氣的含量會比較高。

4 結語

總而言之，變壓器油色譜分析法是一種高效的、方便的對變壓器進行故障判斷的方法。通過對變壓器油氣體進行色譜分析，不僅可以有效地預防并且提早發現變壓器內部潛伏性的故障，還可以根據所產生的氣體組分和含量不同對故障類型進行準確的判斷。不過在判斷變壓器故障類型時，還要根據現實的具體情況分析，使用合適的檢測方法，從而更加準確、靈敏地對設備進行故障判斷和檢修，提高變壓器的運行可靠性。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）