基于油色譜分析變壓器故障及其應對措施研究

張世杰

（大唐陽城發電有限責任公司，山西 晉城 048102）

一、變壓器油色譜檢測方法的分析

（一）油色譜檢測的含義

首先，我們要明確變壓器油色譜檢測的含義，它主要是指根據變壓器中的油所溶解的氣體成分在流動相和固定相中分配比例以及微小的差異這兩項指標，然后來判斷變壓器是否出現了故障。在這兩個不同相中，分別有不同的介質并使這兩種介質做相對運動，然后使油中溶解氣體通過這兩種相里的介質，讓分析氣體多次經過兩相，這樣經過幾次的運動之后，會產生微小差異的的積累，最終會形成分析氣體組分之間在運動時產生的較為明顯的差異，可以利用這個對分析氣體進行分離并進行含量檢測。

（二）油色譜檢測的基本過程

油色譜檢測的基本過程具體采用的是氣相色譜儀，它的結構系統包括采集信息系統、氣體循環系統、分離氣體系統、控制溫度系統、檢測記錄系統，它的系統結構和工作流程可以用圖表示出來，如圖1所示。

二、油色譜檢測變壓器中的故障

（一）變壓器出現故障時油色譜檢測下的氣體特征

變壓器的內部構造決定了變壓器所能溶解的氣體種類和數量，變壓器內的油分子是化學鍵連接、分離來產生作用的，這種化學鍵使得變壓器中的油分產生各種產物。變壓器正常運行時，它所散發的能量不能將化學鍵破壞，但是變壓器一旦出現故障，故障發生時會產生能量，這些能量由于溫度過高或電力過足，使得變壓器內的油分解產生各種氫氣和一些低分子，隨著溫度的不斷增高、受熱時間增長、放出的電量不斷加大，這些低分子和氫氣會產生較高的不飽和度，加快產生破壞化學鍵的物質能量，同時，故障區域的固體絕緣體因為高能量、高熱量而發生了分解斷裂，化學鍵斷裂產生碳類化合物，這些碳類化合物含有較多的水分，一旦進入變壓器內，就會導致變壓器受潮進而發生局部放電的現象，生成氫氣。以上是對變壓器出現故障時的氣體特征的一個總述，下面來具體分析變壓器在不同故障下氣體所呈現的特征。

1 變壓器過熱時故障中油氣的特征

變壓器在運行過程中由于時間過長而使內部局部部分過熱，從而造成變壓器內的絕緣體性能下降，絕緣介質惡化速度加快，絕緣材料發生分解裂化的現象。過熱故障也分為不同的等級程度，各種過熱溫度等級下產生的烴類氣體含量是不同的，且產生的化學氣體也是不同的。輕度過熱下，只會出現一些烴類氣體并且固體絕緣體不會發生分解裂化的現象，而隨著熱量的增加和溫度的升高，除了會產生一些小分子烴類之外，還會產生一些碳類化合物，如一氧化碳、二氧化碳等，使變壓器內產生潮濕狀況，造成變壓器內線圈短路故障和固體絕緣體分解狀況。

2 放電故障時油氣的特征

放電故障主要是指變壓器設備內部產生的放電現象，放電導致變壓器內的絕緣體性能惡化，放電能量級別不同，發生部位和產生后果也不同，低能量放電屬于間歇性放電，高能量放電沖擊力較大，能擊穿固體絕緣體，而局部放電能量密度最低，常常發生在空氣縫隙和磁懸浮帶電體等位置。電弧放電經常發生在線圈匝間并會擊穿固體絕緣層，這種放電能量較大、密度高，產生大量特征氣體但是發生的時間較短且放電前的征兆不明顯，色譜儀對此檢測難度較大，變壓器內部發生電弧放電時，油中溶解氣體主要是一些烴類氣體，由于電弧放電持續時間短，特征氣體沒有充足的時間溶解到變壓器的油分中；火花放電是低能量放電的表現形式，產生的氣體也主要是烴類氣體，也會引發一氧化碳和二氧化炭的產生；局部放電是由于絕緣體較為薄弱且電場分布不均衡從而導致重復性擊穿，主要產生的氣體是氫氣和烴類氣體。

圖1 氣象色譜儀的基本結構

總結上文可知，故障產生的氣體特征與故障類型、故障的嚴重程度以及變壓器內部的絕緣材料種類密切相關，但也可以知道各種特征氣體中烴類氣體出現的次數和數量最多，根據不同部位的故障點就會產生不同種類和不同量的烴類氣體，有時涉及到固體絕緣體時，會產生碳類化合物，一氧化碳、二氧化碳等，這些都是變壓器產生故障時會出現的氣體特征。

三、油色譜對于變壓器故障的防治措施

在明確了油色譜檢測的含義和變壓器經常會出現的故障類型之后，我們就要運用油色譜技術發現變壓器出現的故障，并給出防治措施，主要運用油色譜在線檢測系統來進行檢測診斷和防治。油色譜分析變壓器中出現的故障要經過一系列的實驗步驟，上文已給出了氣相色譜儀的結構和工作流程，我們要結合變壓器的實際情況開始實驗步驟。1 第一步是采集樣本，樣本采集的質量會直接影響到檢測結果是否準確，采集油樣應按照國家規定的質量標準進行取樣，采集樣本時不能讓油中的氣體逸散出來，也不能將這些氣體混入空氣之中，實際操作時油中不能產生氣泡。取樣環境應也是十分嚴格的，應在晴天進行并將取出的樣本陰涼保存，另外要準備取樣瓶、注射器等儀器工具。2 第二步是將變壓器中油中溶解的氣體和油相分離，使用真空脫氣法和振蕩脫氣法，脫氣是一個關鍵的環節，對后續誤差的產生和效率具有較大的影響，因此在進行脫氣工作時，要遵循以下基本原則：完全地將特征氣體從油中脫離出來；采用真空脫氣法時，裝置的密閉性應該良好，將真空計接入來監視真空度，采用溶解平衡脫氣法時，要保證玻璃器皿注射器的密閉性良好。3 將氣體與油分離之后，盡量不使這些氣體對油產生回流現象。4 將脫出的氣體混合均勻，然后注入色譜儀，及時進行樣本分析。5 脫氣后完全排出殘余油和殘余氣體，保證新油樣的質量不受殘余物質污染。6 將脫氣裝置與取樣容器可靠地連接，防止油樣注入帶入空氣。7 脫氣過程中，要準確地測定脫氣油樣體積和脫氣體積，體積測量應精確到兩位數。8 增強脫氣率，降低最小濃度，采用真空法時，應使脫氣室的體積大于油樣體積，而對于溶解平衡法時，應選擇兩液體的最合適的體積比。9 對于不完全脫氣法，要測出脫氣裝置對于氣體組分的脫氣率，然后和油中的實際濃度相比較并進行分析。另外可以借鑒外國已研究出的先進成果，運用全自動脫氣裝置并直接連在色譜儀上，實現色譜分析自動化、一體化。

脫氣過后，就是要將這些氣體注入色譜儀中，使用色譜柱、色譜圖對這些得到的數據、圖像進行分析，然后將色譜柱分離，通過物理、化學手段轉化為易測量的電信號，對這些電信號進行仔細地分析。

油色譜實驗之后，就要將變壓器工作時出現的故障氣體特征與油色譜技術有機結合起來，運用各種類型的故障氣體特征使油色譜技術得到充分運用，在進行油色譜實驗時，氣體樣本的提取、油氣的分離及需要注意的問題、然后將分析氣體混合均勻注入色譜儀進行樣本分析、注入色譜儀時應選取可靠的取樣容器等等這些環節都要注意，然后得到色譜柱并轉化為電信號進行分析，得出變壓器的故障問題，使電力運行更加順暢。

結語

油色譜技術的不斷發展促進了變壓器工作效率的提高，作為一種先進的檢測技術，它能夠通過檢測變壓器出現故障時產生的氣體，從而得出結果，分析出故障并及時采取有效措施解決故障問題。做好這些，首先就是要明確油色譜檢測技術的含義，并分析得出變壓器出現故障時氣體的特征，然后將油色譜技術與變壓器故障氣體特征充分結合起來進行具體的實驗操作過程，操作過程中要注意一些注意事項和禁止做的事，仔細觀察、認真記錄數據、制成圖畫圖表、分析數據圖表，得出實驗結果，使得更好地想出解決策略，使電力運行通暢。除此之外，還要很好地和當前的信息技術結合起來，運用先進的電腦信息系統技術進行數據的錄入、整理與分析，提高實驗工作的效率，使得實驗更具有科學性和現實性。

[1]張奇.天津濱海地區變壓器油色譜檢測技術與應用分析[D].天津大學，2013.

[2]余瓊.變壓器油色譜在線監測專家系統研究[D].上海交通大學，2007.

[3]武中利.電力變壓器故障診斷方法研究[D].華北電力大學，2013.