基于油中溶解氣體分析和局部放電檢測的變壓器故障診斷方法研究

在電力系統中，變壓器的運行直接關系到整個電力系統的安全。在對變壓器進行診斷的過程中，診斷技術的科學應用有著十分重要的意義。在運行變壓器的過程中，變壓器內部的固體絕緣材料由于受到熱、電等方面的影響，分解成一氧化碳、甲烷以及氫氣等物質停留在油中，產生溶解氣體。在變壓器出現故障的情況下，這些氣體的生成量也會隨之增加。通過變壓器油中所含有的氣體比值、含量以及組分可以對故障類型進行比較明確的診斷，反映變壓器的運行狀態。局部放電是變壓器諸多有機絕緣材料故障的根源，局部放電檢測是電力變壓器絕緣性能及狀態檢測的重要手段，這種檢測方法的優點在于判斷結果準確、速度快，適用性強。

變壓器內部典型故障

變壓器內部故障主要包含以下幾種：局部受潮故障、局部放電故障、火花放電故障、高能放電故障以及過熱性故障等。其中造成局部放電的原因包括：不飽和、油溫過高以及油的不充分燃燒，絕緣件的制造和產品制造工藝不完善等。

診斷方法

變壓器局部放電檢測方法有：超聲波法、脈沖電流法、DGA法、光學檢測法、射線檢測法、特高頻法等。

DGA技術下的溶解氣體分析診斷方法

DGA法是通過測試變壓器油分解產生的各種氣體的組成和濃度來確定故障（局放、過熱等）狀態。IEC三比值法是利用DGA結果對充油電力設備進行故障診斷的最常用的方法。三比值法指的是C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三種比值。具體的診斷原理是，在變壓器運行過程中，絕緣油內部會產生各種氣體，由于故障種類都不同，絕緣油內部氣體的比值會存在差異，在長期的實驗研究下，固定選取五種氣體，對比不同氣體之間的比值，形成編碼數據，依照已經制定好的編碼規則來分析出具體的故障類型，這就是三比值法的思路與原理。而三比值法技術的不足主要體現在以下幾個方面：第一，變壓器設備內部有著非常復雜的結構安排，通過氣體比值的方法得到的編碼組合，對于全部的故障類型沒有辦法進行全面的概括，所得出來的診斷結果只能夠用于初步判斷，無法進行故障定位；第二，油中氣體量達到一定程度時才能夠對故障進行診斷，只有在變壓器存在明顯故障的情況下才能夠使用三比值法。

脈沖電流法

脈沖電流法是一種應用最為廣泛、研究最早的局部放電檢測方法，該檢查技術能夠對回路中的局部放電信息進行直接的采集，獲取繞組、鐵心接地線、外殼接地線以及末屏接地線中的脈沖電流。該檢測技術對于電流的靈敏度水平較高，結合超聲波法則能夠有效定位局部放電位置。然而該技術對于測試環境與試驗電源有著比較高的要求，頻率較低并且無法實現在線測量，抗干擾能力不足，所獲取的信息量相對較少。

光學檢測法

在變壓器油中，各種放電發出的光波長不同，光測法就是利用局放產生的光輻射進行檢測，光波長通常在500mm～700mm之間。光測法要求被檢測物質對光是透明的，一般在實驗室采用光測法來分析變壓器的局放特征及絕緣劣化，現場使用較少。

特高頻法

特高頻法是目前局部放電檢測新方法之一，變壓器每一次局部放電都會發生正負電荷中和，伴隨有一個較陡的電流脈沖，放電脈沖的上升沿很陡，一般在1ns以內。特高頻法在變壓器局放檢測中具有較高的抗干擾能力和有效性，可用于變壓器內部缺陷查找、定位與分析。但該方法無法進行視在放電量的標定。

應用實例

某站投運調試期間，變壓器投運后12小時，進行取油樣色譜分析，數據顯示乙炔含量（本體上部：4.19，本體中部：4.09，本體下部：4.25）明顯超出注意值（C2H2≤1）。空載運行后，乙炔含量逐漸上升（本體上部：4.33，本體中部：4.46，本體下部：4.53），根據DGA結果初步判斷內部存在電弧放電故障。為找出該變內部是否存在局部放電導致的缺陷，對其進行空載局部放電測試。采用高頻測試，發現高頻局放異常，幅值較高，幅值為73dB，與相鄰相相比具有明顯的懸浮特征。進行超聲波局放測試，圖譜幅值大，發現變壓器頂部超聲異常。成功將放電部位定位，原因可能為變壓器上部鐵軛處存在導體接觸不良或斷線、金屬接觸不良、金屬異物等。廠家對變壓器進行解體，局放測試結果與停電后廠家打開處理確定放電位置相同：變壓器鐵芯的柱側拉板與上軛末級片導通，證實了上述的判斷。

結論

變壓器故障診斷工作是一項專業性、復雜性比較強的工作，維護人員需要充分掌握各種不同的診斷技術，有助于判斷設備的運行狀況，掌握設備缺陷，最大程度上提高變壓器故障診斷結果的科學性與合理性。

參考文獻

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[2]王國利，郝艷捧，李彥明.電力變壓器局部放電檢測技術的現狀和發展[J].電工電能新技術，2001，20（2）：52-57.

（作者簡介：楊璐蕾，國網寧夏電力公司檢修公司。）endprint