變壓器油的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷

摘要：文章針對(duì)變壓器離線監(jiān)測(cè)的不足，提出了變壓器在線監(jiān)測(cè)的方法，并介紹了變壓器氣相色譜分析法原理和優(yōu)點(diǎn)，闡明了如何根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)來診斷設(shè)備故障，針對(duì)日常出現(xiàn)的情況提出了氣體色譜分析法的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：變壓器油；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷；色譜分析 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM406 文章編號(hào)：1009-2374（2015）21-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.077

1 概述

設(shè)備維修的概念起源于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)電網(wǎng)電壓等級(jí)較低，容量也不大，電氣設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)造成的影響和損失也較小，事故后再維修成為當(dāng)時(shí)電力設(shè)備的普遍選擇，但由于傳統(tǒng)的離線監(jiān)測(cè)與定期停運(yùn)實(shí)驗(yàn)等方式屬于間斷性評(píng)估，難以將故障遏制在初期階段，增加了設(shè)備運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。近年來，隨著傳感器和光纖等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了一種能夠動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)被測(cè)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)方法，反映變壓器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面分析，明顯提高了成功發(fā)現(xiàn)變壓器缺陷的效率與準(zhǔn)確性，并能夠及時(shí)地進(jìn)行報(bào)警，讓運(yùn)行及班組人員采取相應(yīng)措施，縮短故障存在的時(shí)間，限制故障的進(jìn)一步發(fā)展，以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

變壓器在運(yùn)行過程中，由于發(fā)熱老化或者放電故障等原因，油中會(huì)含有一定量的反映故障特征的氣體如一氧化碳、二氧化碳、氫氣、乙炔、乙烯等多種氣體或其中幾種的混合氣體。而根據(jù)故障類型、嚴(yán)重程度不同，變壓器油中產(chǎn)生的氣體的種類、含量多少也各不相同。而對(duì)這些氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，根據(jù)氣體種類和容量，推斷當(dāng)前變壓器中是否存在潛伏性故障，以及故障的嚴(yán)重程度。目前主要采用變壓器油中溶解氣體分析法（DGA）也稱為氣相色譜分析法，已成為電力系統(tǒng)判斷變壓器內(nèi)部故障性質(zhì)的常用方式。

2 變壓器油色譜分析的原理和優(yōu)點(diǎn)

氣相色譜分析技術(shù)是采用由氣體傳感器和色譜檢測(cè)相結(jié)合的現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法，它的原理分為定性分離和定量檢測(cè)兩個(gè)步驟，其原理圖如圖1所示，第一步是利用不同氣體對(duì)應(yīng)色譜柱的長(zhǎng)度不一樣，將氣體通過色譜柱時(shí)則可以實(shí)現(xiàn)分離，確定是哪種氣體；第二步則將不同種類氣體通過檢測(cè)器，確定各種氣體的多少，實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。根據(jù)這兩步的檢測(cè)結(jié)果，分析變壓器油的狀態(tài)，判斷變壓器設(shè)備內(nèi)部情況，是否發(fā)生故障。經(jīng)過實(shí)踐，總結(jié)出氣相色譜分析法有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，主要有以下三點(diǎn)：（1）花費(fèi)時(shí)間短，色譜分析對(duì)含有多個(gè)成分的樣品進(jìn)行分析，平均每個(gè)成分只需1分鐘左右，成分增多時(shí)，平均時(shí)間還會(huì)進(jìn)一步下降。（2）分離能力強(qiáng)，即使混合物的成分復(fù)雜，化學(xué)物理性質(zhì)相差不大，也能進(jìn)行很好的分離。（3）采樣量少，完成一個(gè)分析只需要幾毫升甚至更少的樣品。

3 變壓器內(nèi)部的常見故障及原因

變壓器內(nèi)部故障一般分為三類：即放電短路故障和過熱故障及設(shè)備進(jìn)入外部空氣和水分的潛伏性故障。

3.1 變壓器放電故障產(chǎn)生的原因

變壓器放電分為火花放電、弧光放電及局部放電。（1）火花放電，放電能量較低，多由接觸不良所造成的，如電流互感器內(nèi)部引線對(duì)外殼放電和鐵芯接地片接觸不良造成的懸浮電位放電。（2）弧光放電，又稱為高能量放電，原因通常是線卷匝、層間絕緣擊穿，過電壓引起的內(nèi)部閃絡(luò)。（3）局部放電，在變壓器引線、端部絕緣結(jié)構(gòu)及突出的金屬電極表面，如油箱內(nèi)壁的焊縫及附在其上的焊渣；造成了絕緣結(jié)構(gòu)中電場(chǎng)分布不均勻，極易產(chǎn)生局放。

3.2 變壓器過熱故障產(chǎn)生的原因

變壓器過熱故障可以分為高溫過熱、中溫過熱、低溫過熱。主要原因是：（1）鐵心兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地；（2）引線連接不良；（3）分接開關(guān)接觸不良；（4）鐵芯間短路或被異物短路；（5）部分繞組短路或不同電壓比并列運(yùn)行，引起的循環(huán)電流發(fā)熱。

各種不同故障會(huì)產(chǎn)生不同的故障特征氣體，我們以此作為判據(jù)來確定故障類型，故障特征氣體見表1：

4 氣相色譜數(shù)據(jù)的綜合判斷

三比值法是目前我國(guó)主要采用的方法，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，該方法采用五種特征氣體相比構(gòu)成五個(gè)比值，然后依據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定了比值的范圍與大小對(duì)應(yīng)的意義，從而對(duì)其進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)不同類型故障的診斷。該方法已被國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）組織推薦使用，得到廣泛認(rèn)可。三比值法編碼表見表2：

4.1 氣體產(chǎn)氣速率的注意值

氣體產(chǎn)氣速率是除氣體容量和種類之外分析變壓器內(nèi)部故障的又一參考指標(biāo)，產(chǎn)氣速率分為相對(duì)產(chǎn)氣速率和絕對(duì)產(chǎn)氣速率兩種，而相對(duì)產(chǎn)氣速率有一個(gè)參考基準(zhǔn)，當(dāng)基準(zhǔn)本身濃度較小時(shí)，誤差較大，故相對(duì)產(chǎn)氣速率可靠性不太高，使用較少。絕對(duì)產(chǎn)氣速率使用較多，多在氣體濃度接近設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值或者超過時(shí)，進(jìn)行密切

關(guān)注。

4.2 對(duì)二氧化碳及一氧化碳的判斷

正常情況下，對(duì)于開放式變壓器而言，由于變壓器油與空氣接觸，油中會(huì)溶解一定量的空氣，但其飽和度不超過10%，所以設(shè)備內(nèi)CO2含量不超過300μL/L，但當(dāng)變壓器固體和絕緣老化或者油長(zhǎng)期氧化時(shí)，可能會(huì)造成CO2及CO含量的明顯增長(zhǎng)。當(dāng)檢測(cè)計(jì)算發(fā)現(xiàn)（CO2/CO）>7時(shí)，要關(guān)注固體絕緣材料是否老化。當(dāng)（CO2/CO）<3，則可能是故障高于200℃涉及到固體絕緣材料時(shí)，更精確的做法是，應(yīng)將最后兩次檢測(cè)的數(shù)據(jù)相減，計(jì)算差值，然后計(jì)算差值比值重新計(jì)算（CO2變/CO變）<3，來判斷故障是否與固體絕緣有關(guān)。

4.3 乙炔含量分析及注意值

乙炔是我們?nèi)粘１O(jiān)控中最重要的一個(gè)指標(biāo)，變壓器無故障時(shí)，油內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)乙炔，乙炔是變壓器內(nèi)部出現(xiàn)放電的特征氣體，當(dāng)總烴內(nèi)乙炔含量較小時(shí)，通常意味著故障還在形成階段，但乙炔出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)時(shí)，則很有可能是因?yàn)榘l(fā)生了擊穿事故，而乙炔含量的多少與故障缺陷的嚴(yán)重程度與緊迫程度沒有必然的聯(lián)系，反而與產(chǎn)氣的速度有較大的關(guān)系，方便用來判斷故障位置。

5 變壓器油氣相色譜分析的注意事項(xiàng)

對(duì)于變壓器特別是準(zhǔn)備投運(yùn)的，油中檢測(cè)到的氣體含量越小越好，一旦發(fā)現(xiàn)H2、C2H2和（CH4+C2H2）中某值較高時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下情況：（1）瓦斯保護(hù)是否動(dòng)作，瓦斯繼電氣內(nèi)是否有氣體，變壓器內(nèi)部注入的油有無進(jìn)行過濾脫氣處理，呼吸器硅膠變色是否超過2/3。（2）變壓器外殼焊接處密封是否良好，有無漏油。（3）繞組或者鐵芯接地是否良好。（4）是否負(fù)荷較高，冷卻器油泵長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)試是否對(duì)油質(zhì)造成影響。

6 結(jié)論

（1）在線監(jiān)測(cè)通過數(shù)據(jù)分析可以及早發(fā)現(xiàn)潛在性故障。（2）采用三比值法對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以明確設(shè)備故障的類型，做出相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施。（3）在線監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，要明確重點(diǎn)關(guān)注的注意事項(xiàng)。

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作者簡(jiǎn)介：賴紹奇（1982-），男，廣東東莞人，供職于廣東電網(wǎng)東莞供電局，研究方向：電力系統(tǒng)運(yùn)行與分析。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint