淺談變壓器油中溶解氣體判斷變壓器早期故障

□劉 彬

(沈陽華美變壓器制造有限公司 遼寧 沈陽 110131)

淺談變壓器油中溶解氣體判斷變壓器早期故障

□劉 彬

(沈陽華美變壓器制造有限公司 遼寧 沈陽 110131)

結合分析變壓器油中溶解的氣體判斷變壓器中可能存在的故障。油色譜分析是對變壓器油中溶解的氣體的成份、含量、產氣速率進行分析，它對變壓器潛在故障的發現具有早期有效性，并能判斷變壓器是否正常或是故障的類別。

變壓器；油色譜分析；故障判斷

變壓器內部的故障主要是機械、局部過熱和放電，對變壓器的安全運行產生非常大的威脅。這些故障最終體現都會使故障點周圍的變壓器油及固體絕緣材料氧化分解并產生氣體,這些氣體大部分溶解于變壓器油中或懸浮在絕緣材料的氣隙中。通過油的色譜分析法對運行中油樣進行溶解氣體的成分及含量的分析，根據其氣體組成成份及含量來判斷變壓器的潛在故障及其性質。

1 變壓器油的組成和氣體形成的原因

變壓器油從天然石油中提取，并經過蒸餾、精煉獲得的一種礦物油，它的化學成份是一種碳氫化合物構成的混合物質，基本由C、H分子構成。當變壓器發生放電或過熱故障會造成一部分C-H，C-C分子鍵斷裂，會使部分氫原子分解出來，同時也會分解出部分碳氫化合物，由于它們非常活躍并且具有不穩定性，所以再經歷一系列的化學反應后會重新組合，最終導致氫氣及部分低烴類氣體的形成。

通過離子反應造成最薄弱的鍵C-H鍵（338KJ/ mol）斷裂，這種情況所需的能量局部放電就可以產生。但對于相對穩定的鍵C-C鍵的裂解則需要比較高的能量和溫度，故障造成的高能量和高溫度會迅速的使碳原子以多種形似（C-C鍵、C=C鍵、C≡C鍵）經過一系列化學反應重新行成烴類氣體，在這個進程中都需要溫度和能量逐漸增加來實現。例如：乙炔的形成，要求溫度是大于500℃（大于甲烷和乙烷的形成溫度），它的形成溫度一般在800℃～1200℃（雖然在較低溫度時也有少量也可形成），而且溫度低于500℃或下降時，乙炔的形成會馬上減弱，作為非常穩定的化合物存在，并且累積。因此，故障形成的乙炔大部分是在電弧的弧道中形成的。不過但溫度低于800℃時候，在特定的條件下也會有少量的乙炔形成。當變壓器油的氧化時，形成的少量CO和CO2通過長期的累積也會成為數量顯著的特征氣體。同時油在500℃～800℃可能會碳化生成碳粒。在變壓器潛在故障發生的時候，所形成的氣體基本上都存在于變壓器油中；但當故障進行較快或是較嚴重時，同樣可以匯聚很多氣體。所形成碳質顆粒物、固化物和聚合物會聚集在變壓器的內部。

變壓器內部的絕緣材料，如：絕緣紙板、層壓木板等，因其內部化學成份原因，在分解絕緣材料分子時，它們的熱穩定性比油中的碳氫鍵還要脆弱，重新化合在較低溫度和能量下就可進行。其中的聚合物非常脆弱，在超過105℃時會就可以發生裂解，當達到300℃時就會被完全裂解及碳化，同時會形成水和CO、CO2及部分烴類特征氣體。

2 變壓器油色譜分析方法診斷的基本過程

2.1 通過油色譜分析特征氣體的組分及含量

當H2、C2H2、總烴有一項超過臨界值的20%以上，應先根據相應情況作出初步判斷，如：特征氣體為乙炔，初步判斷電弧或火花放電；氫氣含量很大，初步判斷有進水受潮的可能；總烴中烷烴和烯烴過量而炔烴很小或無，初步判斷為過熱。

2.2 計算特征氣體的產生速率，判斷故障發展的速度

2.3 分析氣體成分含量，通過三比值法計算，判斷故障

3 變壓器故障分析判斷

綜合氣體的形成原理，實踐中常用的變壓器故障分析及判斷主要采用以下兩個方法：

3.1 特征氣體法

變壓器故障對應油色譜氣體組成成份總結如下：

表1

3.2 三比值法

三比值法是近些年常用的變壓器故障判斷方法，它主要是通過分析變壓器內油及絕緣材料在故障發生時，根據故障點周圍形成氣體（油色譜分析）組分含量的相對濃度與溫度的特殊關系，選出二種性質相近的氣體組分組成三結比值，通過特殊編碼顯示；根據表2的編碼規則和表3故障類型判斷方法作為診斷故障性質的依據。這種方法規避了很多客觀因素，是比較有效的方法。

表2 編碼規則

結束語

變壓器正常運行時造成的絕緣油老化在通常情況下所產生的氣體都不會超過標準臨界值。因此定期檢測變壓器油樣，采用油色譜分析特征氣體成份、含量、產氣速率和三比值法并進行對比，在檢測設備的運行情況，并對于變壓器運行早期可能潛在的故障進行排查有著重要的參考意義。

表3 故障類型判斷方法

1004-7026（2016）17-0062-02

TM4

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.17.050