油色譜分析技術在電力變壓器故障檢測中的應用

洪葉 侯鳳琛 鄒海濤

摘要：受到一些客觀因素的影響，設備長時期使用會導致變壓器出現故障。這就要求技術人員要合理應用變壓器油色譜對其中的故障進行判斷。基于此，本文對變壓器油色譜的特點進行了研究，希望可以提高變壓器故障判斷的有效性。

關鍵詞：油色譜分析技術;電力;變壓器;故障檢測;應用

隨著社會發展速度不斷加快，經濟水平不斷提高，停電事故將對各行業及人民生活造成不同程度的損失和影響。以油為絕緣介質的油浸式變壓器在電力系統發輸電和供配電過程中均起著至關重要的作用，并占據著主要地位，其運行狀態直接影響著電力系統能否安全穩定運行，而絕緣性能又決定了其自身能否安全穩定運行。眾所周知，絕緣油和固體絕緣材料在熱和電的作用下會分解產生H2、CO2、CO、低分子烴類等氣體，并溶于絕緣油中，因此絕緣油中的氣體組分及含量能用于診斷變壓器內部故障、評估變壓器的運行狀態。通過變壓器油色譜在線監測系統，不僅能提高變壓器內部故障診斷的時效性、準確性和可靠性，還能在缺陷變為故障前發出警報。

1變壓器的故障診斷

由于變壓器是發電廠中的重要設備，它的運行狀況會對電力系統穩定運行帶來直接的影響，如果不對導致此設備出現故障的因素進行分析，還會直接影響到電能的正常輸送。電力變壓器在實際的運行中，會出現發熱的情況，如果其局部溫度過高，這會導致變壓器繞組的絕緣損壞，嚴重情況還會發生擊穿。

因此，各發電廠和工作人員要認識到變壓器故障診斷的重要性，加強對變壓器油色譜的有效應用。由于這種技術具有純凈穩定和絕緣性好等特點，它在變壓器故障檢測中的有效應用，可以幫助操作人員及時發現導致故障的因素，從而對變壓器維修方案進行有效調整。

2變壓器油色譜分析的原理

在對變壓器油色譜分析的作用機制進行研究的過程中，發現變壓器油是石油內部中的礦物油，在其中包含比較多的絕緣成分，這些物質能夠對變壓器故障問題進行快速地診斷。部分研究人員對礦物絕緣油的組成進行了研究，發現其中主要包含了烷烴和芳香族等飽和烴。

其固體的有機絕緣物質的，還包含了纖維素，所以加強變壓器油色譜分析在故障檢測中的有效應用，可以及時發現其中的問題。此外，在應用這種方式進行故障診斷的時候，會伴有氫氣、甲烷和乙烯等少量氣體排出，如果在此過程中一旦變壓器內部出現了故障，這類氣體的釋放量就會快速增長。

例如變壓器的故障點所處的溫度比較低范的時候，甲烷就會在氣體釋放中的比例不斷增長。當其中的溫度提高時，乙烯和氫氣的比例會增長，工作人員可以通過對CH4、C2H6、CO、CO2等特征氣體的判斷，對變壓器進行檢修。此外，人為或者是機械設備故障也會引起變壓器油色譜出現異常，因此在對變壓器，從而更加快速和準確地發現導致變壓器故障的原因。

3油色譜分析理論-羅杰斯比值和其他氣體比值

變壓器故障診斷不應僅基于溶于油中氣體含量的組合，而應取決于氣體的相對含量。基于上述觀點，提出了四比值的方法。由于C2H6/CH4僅反映了熱分解溫度范圍，因此國際電工委員會（IEC）建議取消此比值改使用三比值方法。然后，基于三比值方法的大規模實踐，IEC分別對編碼、編碼組合和故障類型相對應的比值范圍進行了改進，從而得出了目前廣泛使用的改良后的三比值方法。

三比值改進方法是利用發生變壓器內部故障時溶于變壓器油的氣體CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2，組成C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6三對比值編碼組合的方法，還能通過建立三維坐標圖，更為直觀地區分各類型故障。此外，為了提高診斷的準確性，增加了CO2/CO、O2/N2、C2H2/H2三對比值作為輔助判斷。

CO和CO2能反映固體絕緣正常時的老化過程與故障時的劣化分解，一般CO2/CO小于3為故障劣化，而CO2/CO大于7為正常老化;鑒于油或紙的氧化，開放式設備的O2/N2小于0.3時應引起注意，密封良好的設備在正常情況下O2/N2可能低于0.05，負荷和保護系統亦會影響此比值;有載分接開關油或氣進入主油箱時一般會導致C2H2/H2大于2，這取決于有載分接開關的切換次數和產生污染方式。

4變壓器油色譜在線監測系統

某廠2臺1000MW超超臨界二次再熱機組采用的啟動備用變壓器為SFFZ-70000/500有載調壓電力變壓器，容量為70/42-42MVA，冷卻方式為ONAN/ONAF，內部故障診斷系統為基于油色譜分析理論的TOTUSDGA在線監測系統的一部分，能監測、分析每個關鍵參數并圖形化顯示、即時分析。

該系統通過采集數據，能顯示每小時的溫度與濕度趨勢，以及變壓器油中溶解氣體每小時的濃度趨勢，三比值和輔助比值變壓器內部故障診斷技術得到氣體濃度分析信息，并以三維圖更為直觀地進行顯示，輔以右杜瓦爾三角形進一步對診斷結果進行驗證，還能對絕緣油過熱、纖維素過熱、油中局部放電和油中拉弧四種情況顯示關鍵氣體。當故障發生時系統發出警報，提示工作人員進行故障排查及檢修維護工作，并提供數據就地導出功能。

5變壓器油色譜異常的解決方法

由于技術水平等因素的影響，變壓器油色譜在實際的應用過程中會出現問題。相關的實踐經驗發現，變壓器油色譜出現異常與一些微量的金屬元素含量有關，當這些元素含量不同的時候，就會導致變壓器的內部出現鐵芯短路等問題，如果這種情況得不到及時解決，就會在一定程度上對變壓器的正常運行帶來影響，如果出現了上述問題，工作人員要及時與生產廠家聯系，同時還要掌握變壓器油色譜異常的處理方式。

（1）技術人員在對變壓器有無故障進行判斷時，要按照變壓器油的總烴含量和產氣速率，對色譜進行分析，合理應用變壓器油色譜分析方法對其故障類型和位置進行有效判斷。在過程中，要依據色譜分析的總烴絕對值，或者是產氣速率對其中的“注意值”進行整合，保證變壓器運行的穩定性。其中的“注意值”指的是變壓器在正常運行狀態下，油內部中的各種氣體類型和所占比例。

（2）如果在診斷中，發現總烴絕對值高于“注意值”，但是低于此數值的3倍，并且其中的總烴氣體釋放速率要比“注意值”低，這個時候就我們就可以判斷變壓器內部存在故障，要對其進行檢修。此外，如果總烴比“注意值”高，但是卻低于“注意值”的3倍，并且在此過程中，總烴氣體的釋放速率會維持在“注意值”1～2倍的區間，這就說明在變壓器的內部存在故障，工作人員要縮短試運行周期，然后對故障的發展趨勢進行檢測，為變壓器的安全運行提供保障。

結論

要不斷完善我國的電力體系，保證電力系統的穩定運行，需要對變壓器維護進行創新，加強對其中故障診斷力度，完善診斷方案，合理應用變壓器油色譜分析法，判斷導致變壓器故障的原因，從而進一步促進我國電力事業在社會中的持續發展。

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