淺談色譜分析對變壓器故障判斷的作用

王海衡

（國家電投集團河南電力公司技術信息中心，河南 鄭州 450016）

一、引言

電力變壓器是電力系統實現對外發電供電的重要設備，隨著社會經濟的發展，除了保證電源側的供電可靠性之外，用戶側對供電的質量要求也越來越高。對于特別重要的用電用戶，為了保證可靠的供電，都備有備用的雙路電源。而對于沒有備有電源的用戶，變壓器故障導致停電帶來的損失無法估量。所以，通過有效的檢測手段和試驗來事先預防變壓器內部故障，進行預防性的檢修和檢查是非常必要的，對變壓器油的溶解氣體的色譜分析就是一種在運行中可以判斷變壓器故障情況的有效手段，可以防范于未然，減少經濟損失。

二、變壓器油中溶解氣體色譜分析的必要性

對變壓器絕緣油中溶解氣體的氣相色譜分析，是判斷變壓器內部故障的最典型最有效的試驗方法。用這種方法分析絕緣油中所溶解的氣體的組分和濃度含量，可以判斷變壓器（或其他充油電氣設備）內部可能存在的潛伏性故障。色譜分析法已作為重要方法列入國家有關試驗標準中，作為變壓器的一個常規試驗項目。

三、變壓器油中的溶解氣體分析方法初探

新生產而未經運行的變壓器油，其他成分大致為：氧氣（02）約30%，氮氣（N2）約70%，二氧化碳（C02）約0.3%。對于正常運行的變壓器，因油和絕緣材料的緩慢分解和氧化，會生成少量的二氧化碳（C02）和一氧化碳（C02），以及微量的烴（碳氫）類化合物。當變壓器內部發生故障時，主要是局部過熱和局部放電，由于絕緣油及固體絕緣材料的分解，也要產生一氧化碳、二氧化碳、氫及烴類氣體等。在故障初期，這些氣體尚不足以引起氣體繼電器動作，而是全部或絕大部分溶解于油中。因此可以從分析油中溶解的這些其他，及早的查出變壓器的內部故障。

四、變壓器油中的溶解氣體與故障類型的歸納

變壓器內發生故障時所產生的氣體種類與故障的類型有關，通過檢測油中特征氣體組分及含量，可以判斷出變壓器的內部故障類型。

表1 不同故障類型產生的氣體組成成分

將故障變壓器的氣體組成成分與上表對照，大致判斷產生氣體的原因：

（一）絕緣油在300-800°C熱分解時產生大量的甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）等烴類氣體，但不會產生一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）氣體。

（二）當故障與固體絕緣材料相關時，即絕緣紙等固體絕緣在120-150°C長期加熱下產生CO、CO2，尤其以CO2含量會顯著的增長；絕緣紙等固體絕緣在300-800°C時，除了產生一氧化碳和二氧化碳以外，還會產生氫氣和烴類氣體。但在低溫和高溫時，C02/ CO之比值不同，低溫時大，高溫時小。（高溫時一氧化碳相對也較多些。）

（三）變壓器絕緣受潮時，其特征氣體H2含量較高；油在電弧的作用下產生的氣體大部分是氫（H2）和乙炔（C2H2），也有少量的甲烷（CH4）和乙烯（C2H4）。

（四）當存在放電性故障時，乙炔(C2H2)的含量增加。因此，當乙炔含量超過標準要求時，可能是變壓器內部存在高能量放電現象。

使用特征氣體分析方法時，既要根據油中氣體含量的多少，又要結合各種可能的因素綜合判斷。因此，電力預防性規程DIdT596—1996專門列出油中溶氣含量的注意值，如表2所示：

表2 油中溶解氣體的注意值

某些主變壓器故障分析與處理：

某電廠主要參數：型號SFP10-250000/220 額定電壓：242/15.75 KV 額定電流：596.4/9164.3A 2012年6月25日，機組停運檢修，對#2主變高壓套管進行介損試驗時，試驗結果顯示為A相(tanδ=-1.326 Cx=0.168pF)，末屏對地絕緣10000MΩ。B相測試結果為 (tanδ=0.327 Cx=509 pF)；C相測試結果為 (tanδ=0.337 Cx=510 pF)。通過更換儀器反復試驗證實：A相高壓套管存在嚴重故障隱患。隨即在次日對主變A相高壓套管抽取油樣作色譜分析。附表：套管有色譜分析表

分析日期 2012-6-12 正常值取樣設備 #2主變A相高壓套管CH4 2059.06 C2H4 3347.27 C2H6 1178.92 C2H2 5528.93 ＜5 H2 386.06 ＜150 CO 991.89 CO2 1655.02總烴 12114.18 ＜150

根據變壓器油的色譜分析，明顯可見總烴、乙炔、氫含量組分多項指標遠超規定值，由此可判斷套管內部發生了明顯的持續的電弧放電，必須更換主變A相套管，主變才能安全運行。對故障套管解體后發現：因套管末屏開路引發套管內部電弧放電并伴隨發熱，放電和發熱使套管法蘭芯部密封橡膠墊老化、碳化和變性，經多次放電，套管內部電容屏已遭破壞，油中黑色物質系油在放電過程中碳化、固體絕緣在高溫下分解所致。因套管已不能可靠密封，在套管內部放電過程中，產生大量氣體使其內部壓力升高，使套管內故障油通過升高座，少量滲入變壓器內部造成油污染。變壓器油中乙炔、氫氣含量超標，即由此因起。

套管解體發現測試端子引線已斷開，斷面整齊，斷面處有黑色粉末，主變套管更換后，經過一系列試驗后合格后投入運行，運行狀況良好。