淺析變壓器油中溶解氣體色譜分析與故障診斷

張敏

摘 要：油中溶解氣體氣相色譜分析法在變壓器內部故障的分析診斷中發揮了重要作用。文結合某電廠實際，從油中溶解氣體產生的機理及故障類型和故障識別等幾個方面進行分析。

關鍵詞：變壓器；溶解氣體；色譜分析；故障判別

1 油中溶解氣體產生的機理

變壓器油由化學性質穩定的烴類組成，絕緣散熱性能良好。但當設備中存在故障時，如發熱、放電等會導致某些C-H鍵和C-C鍵發生斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩定的碳氫自由基，后又迅速化合到穩定態，形成H2和烴類氣體如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等，也可能形成碳顆粒和碳氫聚合物。尤其氧化反應時伴隨生成少量CO、CO2且能長期累積。固體絕緣材料分解生成大量水、CO、CO2、少量烴類氣體和呋喃化合物，同時油被氧化。由于不同類型化學鍵的鍵能不同（見表1），不同熱量（能量）的故障產生的特征氣體也不同。

2 變壓器故障類型及故障識別

變壓器的故障可分為過熱、放電和受潮。隨著技術改進，甚少出現受潮。過熱有低、中、高三種，溫度高低不同，油中溶解氣體的特征氣體不同。放電依據能量的高低分為高能放電、低能放電和局部放電。

目前應用最多的故障判別方法是GB/T 7252-2001變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則中推薦的改良三比值法，是用五種氣體的三對比值以不同的編碼表示，編碼規則和故障類型判斷方法見表3和表4。確定設備是否存在故障，可參照國標提供的注意值，但應明確其并不是區分設備故障與否的唯一標準，當檢測到氣體濃度達到注意值時要加強追蹤監督。

3 典型實例分析

某電廠進行1號機組帶主變及GIS設備零起升壓試驗，機組運行5分鐘后，1號主變B相噴油，1號機組滅磁停機。

事件發生后，電廠人員現地檢查1號主變保護情況并采集主變三相油樣進行油色譜試驗，結果見表5。投運前和預試的數據對比見表6。

根據該500kV主變的色譜測定數據可以看出，故障發生時，H2、總烴均遠超注意值150μL/L，C2H2也遠超注意值1μL/L。故障后主變油樣中的氣體以H2和C2H2為主，其次是CH4和C2H6，與高能（電弧）放電故障的特征氣體相符，且CO含量也很高，說明故障還涉及固體絕緣。分析如下：

其比值范圍編碼是：202，根據編碼確定設備內部可能存在電弧放電性故障。經核查，器身外圍未發現故障點。初步排除以下組件故障：高壓套管及高壓出線裝置部分、中性點套管、低壓套管、開關、高壓引線、低壓引線、相間隔板、線圈外圍屏、器身壓釘、鐵心夾件接地部分。

對故障變壓器解體吊出線圈，發現變壓器低壓側擋油板機油箱底部存在顆粒雜質，高壓線圈局部存在絕緣缺陷，存在兩處點狀放電故障，最終導致絕緣擊穿，變壓器在建壓時發生故障。根據油箱內的顆粒雜質分布情況，推斷其應該是在變壓器安裝過程中落入。

4 色譜法在故障判斷中的不足

氣相色譜能為變壓器內部故障監測提供可靠、有效的數據，該法雖然靈敏，卻也有一定的局限性。例如，有些事故的發生無任何先兆，這說明目前的常規試驗項目、周期仍不完善；在故障分析時，單用色譜法無法對故障準確定位，還必須結合電氣試驗、設備運行、檢修等情況綜合分析，才能對故障部位、原因、損傷程度等作出準確判斷并制定合理的處理方法。因此，為防止大型電力變壓器故障，減少故障損失，應增加有效、及時的監測手段，如變壓器在線監測裝置，就是氣相色譜分析技術的補充與發展。

參考文獻

[1]GB/T7252-2001.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則[S].

[2]孫明堅，等.電力用油（氣）[M].

[3]咸日常.大型變壓器故障的氣相色譜綜合分析[J]變壓器，2003（4）.