變壓器油色譜在線檢測與故障診斷研究

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變壓器油的色譜分析技術主要建立在油中所含溶解氣體類別及其與變壓器內部存在故障之間的對應聯系所使用的故障診斷方法，通過運用氣相色譜分析儀器，能夠對油中所包含的氣體進行分析和研究，并依照氣體含量和組成成分對變壓器是否存在異常情況加以判斷，從而對其所存在的故障類型、發生部位、發展趨勢以及嚴重程度進行及時診斷。

一、色譜法

色譜法(Chromatography)又叫層析法、色層法，它是一種分離技術。利用試樣中各組份在色譜柱中的兩相間的分配系數不同，色譜柱的兩相：流動相、固定相；色譜柱中一相是不動的，叫作固定相，主要由各種色譜擔體、固定液或各類吸附劑等顆粒狀物質組成;另一相則是推動混合物流過此固定相的流體，叫作流動相。當氣態的試樣被載氣帶入色譜柱中運行時，這種利用在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術，稱為色譜分離技術或色譜法。

二、油色譜在線監測裝置原理和結構

（一）油色譜在線監測裝置的原理

油色譜在線監測系統的兩個關鍵技術是油氣分離和氣體含量檢測。油色譜在線監測通過脫氣法將絕緣油中溶解的特征氣體分離出來，經過色譜柱后，分離出各個單組分氣體，再進入到氣敏檢測單元。檢測單元的作用是將被色譜柱分離的組分按其物理、化學性質轉化為易測量的電信號，目前最常用的是氫火焰離子化檢測器和熱導池檢測器兩種。傳感器輸出代表各組分氣體濃度的電信號，經A/D 轉換后輸入終端計算機，終端計算機將數據傳送至主控計算機，并顯示在上位機軟件上。

（二）油色譜在線監測裝置結構

一是油氣分離模塊。油氣分離模塊是將油中溶解的氣體通過化學物理方法從油溶劑中分離出來，而不完全分離將直接導致后續組分分離和檢測結果不準確。目前，油氣分離方法主要是：頂空法、真空法、薄膜滲透法等。二是數據處理及狀態診斷模塊。數據處理及狀態診斷模塊是由后臺數據采集處理、后臺數據傳輸和狀態診斷所組成。利用各組分濃度、各組分產氣速率和各組分物質的量比值，結合三比值法及特征氣體法等方法對被監測設備進行狀態診斷。

三、變壓器油色譜分析在故障診斷中的應用

（一）產氣特征

一旦變壓器內部發生故障問題，則變壓器在運行過程中所釋放的氣體性質就會發生相應的改變，因此技術人員能夠依據氣體性質及屬性對變壓器存在的故障進行有效的辨別。例如，在出現放電故障時，變壓器油中會含有氫氣，占比高于總量的90%；在高溫故障時會釋放甲烷及乙烯，在總烴含量占比中高于80%。因此針對變壓器運行時所釋放的不同氣體特征能夠對故障類型進行具體判斷。

（二）根據產氣速率進行故障判斷的方法

第一，在對變壓器有無故障存在進行判斷的過程中，依據色譜分析最終所得出的變壓器后內部總烴絕對值和產氣速率是否高于注意值進行故障診斷，以此判斷變壓器的實際運行狀態。其中，注意值指的是變壓器正常運行狀態下，變壓器油內部所含的各種氣體類型及所占比例、產氣速率等數據值。

第二，當總烴絕對值高于注意值，卻低于此數值的3 倍，且總烴氣體的釋放速率低于注意值時，則變壓器內部存在故障。考慮到此類故障蔓延趨勢較為緩慢，因此可采取繼續運行持續觀察的方法進行下一步檢修作業。

第三，若總烴高于注意值，卻低于注意值的3 倍，且總烴氣體的釋放速率維持在注意值1～2 倍的區間范圍內時，則變壓器內部存有故障，此時需縮短試運行周期，并對故障的發展趨勢加以密切關注。

第四，若總烴絕對值高于注意值的3 倍，且總烴氣體的釋放速率也同樣高于注意值的3 倍時，則變壓器存在嚴重的內部問題，并且發展迅速，此時需要即刻采取相應的修復措施。

（三）三比值法分析判斷方法

所謂IEC 三比值法實際上是羅杰斯比值法的一種改進方法。通過計算C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6 的值，將選用的5 種特征氣體構成三對比值，對應不同的編碼，分別對應經統計得出的不同故障類型。應用三比值法應當注意的問題：

首先，對于油中各種氣體含量正常的變壓器，其比值沒有意義；

其次，只有油中氣體各成分含量足夠高(通常超過注意值)，氣體成分濃度不小于分析方法靈敏度極限值的10 倍，且經綜合分析確定變壓器內部存在故障后，才能用三比值法分析其故障性質。如果不論變壓器是否存在故障，一律使用三比值法，就可能造成誤判。

結束語：

總之，變壓器油色譜在線檢測能夠對變壓器進行有效的故障診斷，由于操作簡便，檢測結果直觀，應在電力系統故障檢測領域廣泛應用，進一步提高電力系統的安全性和穩定性。