淺析變壓器在線色譜分析系統(tǒng)

歐陽炬

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局變電管理所，河源 517000）

變壓器常見的故障有出現(xiàn)異常的響聲、溫度出現(xiàn)異常、出現(xiàn)放電問題、出現(xiàn)短路。響聲異常主要是指變壓器運行時的聲音過大，出現(xiàn)水沸騰的聲音，或者出現(xiàn)放電的聲音，不同的聲音意味著不同的故障，可以利用聲音的不同來初步判斷出現(xiàn)故障的部位。溫度異常通常是因為變壓器未能得到良好的散熱，或者長期超負(fù)荷的運行。放電故障主要分為三類，一類是高能量放電，一類是局部放電，最后一類是火花放電。其中局部放電的情況是最為復(fù)雜的，產(chǎn)生火花放電的原因主要是變壓器油中存在雜質(zhì)，高能量放電的原因主要是繞組匝間的絕緣層被擊穿。變壓器出現(xiàn)短路的情況是較為常見的，通常出現(xiàn)的原因是因為絕緣材料出現(xiàn)老化，或者變壓器的負(fù)荷過大而出現(xiàn)溫度過高，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器中的繞組和引線之間出現(xiàn)對地短路的問題。

1 變壓器油色譜分析原理

變壓器用的油通常都是從石油中分離出來的礦物油，變壓器油中包括的絕緣成分有以下幾種：石油中包含的固體式有機(jī)絕緣物質(zhì)以及礦物絕緣油。固體的有機(jī)絕緣物中大部分都是纖維素，而礦物絕緣油內(nèi)主要包括的是環(huán)烴族的飽和烴以及烷烴、芳香族的不飽和烴。變壓器油在使用時，其內(nèi)部的絕緣物質(zhì)、絕緣油會隨著時間而出現(xiàn)老化和變質(zhì)的情況，同時還會排少量的氣體，例如一氧化碳、甲烷、乙烷、氫氣等。如果變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)問題或故障時，這些氣體的排放量將會極大地增加。舉例來說，當(dāng)故障點的溫度較低時，甲烷的釋放量將會有較明顯的提高；當(dāng)故障點的溫度較高時，乙烯和氫氣的釋放量將會明顯的增長；當(dāng)故障點出現(xiàn)過熱的情況時，通常會產(chǎn)生乙炔氣體。一般情況，工作人員會針對故障產(chǎn)生的氣體進(jìn)行劃分，例如 CO2、C2H4、H2、C2H6、H2、CO、CH4一般被稱作特征氣體，其中CH4，C2H6，C2H4，C2H2含量的綜合被稱為總烴。根據(jù)變壓器油內(nèi)部溶解的氣體組分對故障類型進(jìn)行判斷的具體情況如表1所示

表1 變壓器油溶解氣體組分與故障判斷

基于上述表格和原理，工作人員可以通過測量、測定變壓器在工作的過程中變壓器油所產(chǎn)生的氣體的類型與含量，來判斷變壓器是否存在故障，且故障出現(xiàn)的部位與原因。

2 變壓器油色譜分析方法

2.1 變壓器油采樣

利用變壓器油色譜分析方法來分析和判斷變壓器的內(nèi)部故障時，通常采用的都是采樣的手段，具體操作就是在變壓器中提取適量的變壓器油，采集的工具通常用的是注射器或試管。除此之外，還需要注意盡快將采集到的樣品放置在容器中進(jìn)行分析與研究。與此同時，還需要保證樣品的儲存容器干凈、無污染，防止因儲存容器內(nèi)存在雜質(zhì)而污染到樣品，避免雜質(zhì)的污染影響到最終的分析結(jié)果。

2.2 分離氣體

在完成樣品的采集后，需要將樣品放置到脫氣設(shè)備的內(nèi)部，從而分離變壓器油中的液體與氣體，這樣才能夠更具有針對性的分析與檢測氣體的性質(zhì)，進(jìn)而根據(jù)分析結(jié)果來判斷變壓器內(nèi)部是否出現(xiàn)故障。

2.3 鑒定器檢測

在分析和檢測變壓器油所包含的氣體時，需要采用先進(jìn)、專業(yè)的氣相色譜儀，以此來分析和檢測經(jīng)過分離后的氣體，進(jìn)而得出氣體中所包含的一些具體數(shù)據(jù)，例如氣體的構(gòu)成類型，以及氣體中的化學(xué)成分。除此之外，還需要做好數(shù)據(jù)的保存工作，將數(shù)據(jù)電子化并存檔，可以利用數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)來儲存鑒定好的數(shù)據(jù)與信息，有利于后期出現(xiàn)通常的故障時能夠更加迅速的分析和研究。

2.4 判斷故障類型

利用先進(jìn)的鑒定器完成氣體的分析與檢測后，就可以根據(jù)氣體的類型與類別來判斷變壓器出現(xiàn)的故障，從而采取具有針對性的解決措施，及時解決變壓器的故障，使變壓器能夠更快、更好地運轉(zhuǎn)。

3 變壓器在線色譜分析系統(tǒng)

第一，氣體的采集與傳輸。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時，就會造成變壓器油產(chǎn)生較高濃度的混合油氣，混合油氣會向周圍擴(kuò)散，在油氣擴(kuò)散的地方放置油氣的采集系統(tǒng)和脫離裝置，分離出其中的氣體和液體，并將分離出的氣體傳輸?shù)綒怏w的分析裝置。不同的氣體產(chǎn)生的時間和含量也會有所不同，氣體采集系統(tǒng)根據(jù)這一特性將數(shù)據(jù)傳送到分析裝置，由分析裝置來進(jìn)行檢測與分析。在進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸時，需要先完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，即將采集氣體的濃度與時間轉(zhuǎn)換為4-20mA或0-20mA的電信號傳輸，信號的大小需要對應(yīng)氣體的濃度與成分。

信息的采集模塊會將接收到的電信號傳輸?shù)椒治鲅b置，由分析裝置來完成色譜的分析。分析裝置主要有三部分組成，即檢測電路、傳感器以及色譜的分析軟件，同時分析裝置還對周圍的工作環(huán)境有一定的要求，需要其處于恒壓、恒溫的環(huán)境中。如果能夠保證溫度更加精確的控制，那么氣體組分濃度的測量也將會更加的準(zhǔn)確。色譜軟件包括諸多功能，例如測定時間、計算峰面積、檢測色譜峰等等，同時色譜軟件還能夠在完成分析后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號，并將這些電信號傳輸?shù)娇刂颇K。

第二，控制模塊。利用標(biāo)準(zhǔn)氣樣能夠更加準(zhǔn)確的標(biāo)定出圖譜以及高低濃度的區(qū)間，從而方便程序的設(shè)定。控制模塊能夠根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的控制程序來判斷是否做出反應(yīng)。例如，如果變壓器出現(xiàn)放電故障時，變壓器油中將會產(chǎn)生高達(dá)90%的氫氣；如果變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障，且故障點的溫度過高時，就會產(chǎn)生高達(dá)80%的甲烷和乙烯；如果變壓器的局部出現(xiàn)放電故障時，所產(chǎn)生的主要氣體就是氫氣，其次就是會產(chǎn)生甲烷，一般情況下，在氫與烴類中，氫氣的占比多于90%。

4 結(jié)束語

總而言之，變壓器的正常運轉(zhuǎn)對于整個電網(wǎng)的運行來說是非常重要的，需要工作人員保證變壓器的安全性和穩(wěn)定性，仔細(xì)的研究與分析變壓器內(nèi)部的各類故障，利用在線色譜分析系統(tǒng)來判斷出現(xiàn)故障的部位及原因，全天候、全方位的監(jiān)測變壓器的運行，在出現(xiàn)故障時能夠及時的發(fā)出警報，最大程度地保證變壓器的安全、穩(wěn)定運行。