淺談變壓器油色譜分析及故障診斷

曹陽

【關鍵詞】變壓器;油色譜;分析;故障診斷

一.引言

在變壓器的故障診斷中，油色譜分析是一種基于故障與油中所含溶解氣體之間的相關性的診斷方法。需要特殊的氣相色譜分析儀來合成油中所含的溶解氣體。根據準確的分析以及氣體的含量和成分，它可以診斷變壓器的故障狀況，獲得針對故障的特定位置、類型和影響程度的診斷結果，并為處理和預防故障提供詳細的科學依據。

二.變壓器油的化學成分

變壓器油是通過蒸餾和精煉石油而獲得的混合礦物油，它包含各種碳氫化合物，主要是碳和氫，總含量可占95%以上，以及其他氦，硫，氧等。其他金屬元素通常被稱為絕緣油。由碳和氫兩種元素形成的有機化合物在有機化學中稱為烴，形成各種類型的烴，包括烷烴，芳烴，環烷烴，不飽和烴等。

（一）烷烴

盡管烷烴具有很強的電廠性能，但是就抗氧化性而言它們的性能較差，產氣方面在所有烴類中最差，因此在強電場中很可能會發生脫氫反應。

（二）環烷烴

環烷烴在電氣性能，化學穩定性，熱穩定性。潤滑性等方面具有很大的優勢，并且產生的熱量高和凝固點低，被廣泛用于變壓器油中。

（三）芳香烴

芳族烴可分為單環芳族烴，雙環芳族烴和多環芳族烴，其中單環芳族烴在電氣性能上具有更多優點，而雙環芳族烴在抗氧化性方面具有更多優點。其抗氧化性能導致氧化后沉淀，油色逐漸加深，介電損耗高于單環和雙環芳烴，并且吸氫能力也比單環和雙環芳烴差。

（四）不飽和烴

不飽和烴主要通過石油加工獲得，并且由于石油本身不具有不飽和烴成分，因此在化學穩定性方面其性能較差。

（五）非烴類化合物

除了石油中碳和氫元素的比例很高以外，其他元素化合物也可以發揮特定作用。例如，乳制品的氧化是由含氮化合物引起的，并且顏色會因為沉淀而逐漸加深。耐乳酸性的提高還具有促進硫化合物產生的作用，但是當其超過0.25%時，對硫化合物的含量具有更嚴格的標準，會導致過高的油腐蝕性。

三.變壓器油色譜分析在故障診斷中的意義

首先，在變壓器油色譜分析過程中，分析人員可以學習變壓器油色譜分析技能，更準確地診斷與缺陷相關的狀況，從而提高故障排除效率和缺陷質量。根據變壓器油色譜分析的原理，可以深入了解變壓器的工作狀態，確保變壓器處于正常工作狀態，并保證變壓器的良好運行。最后，基于對變壓器油色譜分析運行條件的了解，可以評估異常情況，提前發現可能的故障，并在故障影響和損失之前進行相應的處理和預防。在問題發生之前加以預防，減少故障的發生率，并減少由于故障引起的其他損失。因此，有必要加強對變壓器油色譜分析的重視，并將其充分應用于實際的故障診斷工作。

四.變壓器油色譜分析與故障診斷分類

變壓器的長期運行會在老化或分解的影響下產生其他氣體，存在諸如局部過熱和放電故障等隱患。對故障診斷的分析研究表明，絕緣子分解產生的氣體也存在于不同的故障條件下，通過氣體差異可以診斷出更大的差異、缺陷的性質和嚴重程度。變壓器的主要內部故障包括熱故障，電氣故障和阻尼故障，常見的診斷方法如下：

（一）熱擾動

熱應力會加速絕緣材料的老化并導致缺陷。如果變壓器油中的H2+C1+C2含量超過27%，則表明變壓器低溫過熱。當變壓器油中的氫在總氫烴中所占的比例低時，為27%，則變壓器指示高溫過熱。當變壓器油中的C2H4和CH4超過總烴含量的80%時，變壓器表明高溫過熱，超過700℃。在嚴重過熱的情況下，除了H2，OH4，02H4和02H6外，C2H2還不到總烴含量的6%。

（二）電氣故障

絕緣材料在變壓器放電的作用下繼續分解氣體。通常，取決于放電水平，存在三種類型的缺陷。如果變壓器油中的氣體包含大量的02H2、H，和大量的CH4、02H4，則可以按電弧放電的方式進行診斷;如果變壓器油中的氣體含有大量的C2H2、H2和大量的OH4、C2H6，則可以診斷為火花放電。當變壓器油中的氣體占總氫的90%以上且占烴的90%以上，放電能量密度增加的區域中C2H2小于2%時，可以診斷出局部放電。

（三）水合作用障礙當變壓器受濕度影響時，會產生大量H2，但是由于阻尼故障和局部放電故障的氣體性能相似，因此需要基于外部檢查等措施進行全面診斷，以提高診斷的準確性。

五.變壓器油色譜分析的具體診斷方法

（一）如何診斷油中溶解的CO和CO2

隨著變壓器的新運行，溶解在油中的CO和C02含量較低。通過科學的檢測和計算方法，可以獲得小于100uL/L的CO含量數據和數百至1000uL/L的C02含量數據。就化學成分和透氣性而言，開放式變壓器油中飽和空氣含量的范圍為10%-20%。長時間與空氣和油接觸時，空氣中的C02溶解在油中，通常為300uL/L。空氣釋放到大氣中的CO含量與老化導致的固體絕緣的CO含量相結合時的分布規律要高于固體絕緣產生的CO含量，根據CL=KCG的科學公式進行分析，溶解度系數為0.12。空氣中的CO濃度通常不超過2500uL/L，即開放式變壓器油中溶解的CO濃度小于300uL/L。在封閉式變壓器設備中，由于泄漏而導致空氣滲入，從而導致空氣與封閉式變壓器油中的c02含量之比相似。換句話說，固體絕緣材料的老化程度更嚴重，因此必須以油為目標，專門檢查糠醛中所含糠醛的濃度，重新確認固體絕緣材料的老化趨勢，當糠醛濃度超過營業年度的濃度警告值時，可以判斷固體絕緣材料的老化。

（二）02/N2比值的診斷方法

在開放式變壓器中，空氣與儲罐之間存在長期接觸的問題，而在封閉式變壓器中，也存在一定泄漏的可能性，因此會有02和N2溶解在變壓器油中。考慮到02和N2在變壓器油中的溶解度，空氣成分可以以02/N2的比率反映出來，通常為0.5。當固體絕緣材料在變壓器油中被氧化或老化時，02的消耗率將增加并且擴散率將更高，從而降低02/N2的比率。但是，實際比率變化受制于法規遵從和保護系統，特別是當氧氣被過度消耗時，02/N2比可以達到0.3或更小。

（三）C2H2/H2比值的診斷方法

通常，由變壓器的低能量放電產生的氣體類似于在負載下通過電壓調節操作產生的氣體。如果將變壓器的負載電壓調節信箱或儲油罐連接到主儲油罐。則主儲油罐中可能會出現油污，從而導致對變壓器故障診斷的誤判。通過檢測主燃油箱中氣體的C2H2/H2比，可以闡明當該比值大于2時，由于負載下的壓力調節而導致的氣體污染問題。并且隨著負載下調壓次數的增加和污染方式的變化，乙炔濃度值也有相應的變化，需要進行一定的計算。

六.結論

變壓器故障對整個電力系統的影響更大，必須準確地診斷故障以加強對變壓器故障的處理和預防。變壓器油色譜分析可以根據科學原理和技術操作，基于變壓器油的色譜條件，快速、準確地診斷故障，從而可以更科學地指導變壓器的維護和修理，從而保障變壓器性能的良好。同時還要保證有效地進行操作，保持電源系統正常工作。