摘要：变压器作为电力系统设备中重要组成设备之一，对保证各电气设备的正常运行起到了重要作用。在电力系统的各种电气设备中，变压器是其重要的组成部分。油中溶解气体分析法能够对变压器早期故障进行准确诊断，有效减少了设备的事故停用率，文章主要针对DGA（油中溶解气体分析）技术应用进行了概述。
关键词：油中溶解气体；变压器故障；应用
1 引言
变压器内部若过热或存在放电故障，故障点产生的热量将使周围的油热分解，产生低分子烃气体，这些气体大部分溶于油中而能被色谱仪检测。油中溶解气体的组分含量、产气速率与故障的性质、类型、严重程度、发展趋势密切相关，通过油中溶解气体含量异常的色谱检测分析就能准确、灵敏地检测出变压器的故障隐患，结合如局部放电、红外测温、直流电阻测量或其他电气试验，能判断故障可能存在的位置。因此，随时检测变压器状态，及早发现并排除变压器可能存在的故障，已成为保障供电可靠性的重要手段之一。
2 变压器内部故障类型与油中气体含量的关系
充油电气设备内部故障模式主要是机械、热和电三种类型。
热性故障是由于有效热应力所造成的绝缘加速劣化。实验研究及实践表明，当故障点温度较低时，油中溶解气体的组成主要是CH4，随着温度升高，产气率最大的气体依次是CH4、C2H6、C2H4、C2H2。由于C2H6部稳定，在一定的温度下极易分解为C2H6（气态）=C2H4（气态）+H2（气态），因此，通常油中C2H6的含量小于CH4，并且C2H4与H2总是相伴而生。
电弧放电又称高能放电。当变压器内部发生电弧放电故障时，油中溶解的故障特征气体主要是C2H2、H2，其次是大量的C2H4、CH4。在变压器内部发生电弧放电时，一般C2H2占总烃的20%～70%，H2占氢烃的30%～90%，绝大多数情况下C2H2高于CH4，在涉及固体绝缘时，瓦斯气体和油中气体的CO含量较高。当油中气体组分中C2H2含量占主要成分且超标时，很可能是变压器绕组断路或分接开关切换产生弧光放电所致；如果其他成分没有超标，而C2H2超标且增长速度较快，则可能是变压器内部存在高能放电故障。在变压器内的固体绝缘材料中发生高能量电弧放电时，不仅产生的CO、CO2较多，而且因电弧放电的能量密度高，在电场力作用下会产生高速电子流，固体绝缘材料遭受这些电子轰击后，将受到严重破坏。火花放电一般是低能量放电，即一种间隙性放电故障。当变压器内部发生火花放电时，油中溶解气体的特征气体以C2H2、H2为主，因故障能量小，一般总烃含量不高，但油中溶解的C2H2在总烃中所占比例可达25%～90%，C2H4含量约占总烃的20%以下，H2占氢烃总量的30%以上。当CH4和H2的增长不能忽视时，如果接着又出现C2H2的情况，这时可能存在着由低能放电发展成高能放电的危险。
局部放电产生气体的特征，主要依放电能量密度不同而不同，一般烃总量不高。其主要成分是氢气，其次是甲烷。通常氢气占氢烃总量的90%以上，甲烷与烃总量之比大于90%。当放电能量密度增高时也可以出现乙炔，但乙炔在烃总量中所占的比例一般不超过2%。这是与上面两种放电现象区别的主要标志。
3 DGA技术在变压器故障诊断中的具体应用
3.1 三比值法
三比值法主要采用CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三种比值，经过不断改良，得到了现在IEC推荐的改良三比值法（以下简称三比值法）。其基本原理是：电力变压器的绝缘油在发生故障时会产生多种特征气体，而这些气体的组分关系与含量会因为故障类型的不同而不同。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过长期实践经验，选取五种特征气体并将它们的含量组成三对比值，以不同的编码表示，根据一定的编码规则来对应不同的故障类型。这就是三比值法的基本原理与思路。
三比值法的不足主要包括以下几个方面。
①由于充油电气设备内部故障非常复杂，由典型事故统计分析得到的三比值法推荐的编码组合，在实际应用中可能出现一些与编码组合不对应的故障。这样的故障类型一般难以做出正确无误的判断；②只有油中气体各组分含量足够高或超过注意值，并且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能进一步用三比值法判断其故障性质。如果不论变压器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能对正常的变压器造成误判断；③在实际应用中，当有多种故障联合作用时，在三比值编码边界模糊的比值区间内的故障，往往易误判；④三比值法不适用于气体继电器里收集到的气体分析诊断故障类型；⑤当故障涉及到固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解时，将引起CO和CO2含量明显增长。此时要利用比值CO2/CO配合诊断；⑥由于故障分类存在模糊性，一种故障状态可能引起多种故障特征，而一种故障特征也可在不同程度上反映多种故障状态，因此三比值法不能全面反映故障状况。
3.2 与三比值法配合的方法
三比值法具有一定的缺陷与诊断盲区，考虑到变压器油中溶解气体不仅仅是三比值法中所应用的五种气体，一般还可以用以下几种方法配合诊断：
①比值CO2/CO。当故障涉及到固体绝缘时，会引起CO和CO2含量的明显增长。但是CO和CO2含量一般没有严格的界限，规律也不明显。这主要是由于油的长期氧化形成CO和CO2的基值过高造成的。经验证明，当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般CO2/CO>7。当怀疑故障涉及到固体绝缘材料时（高于200℃），可能CO2/CO<3。必要时，应从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值，以确定故障是否涉及到了固体绝缘。
②比值O2/N2。一般在油中都溶解有O2和N2，这是油在开放式设备的储油罐中与空气作用的结果，或密封设备泄漏的结果。在设备里，考虑到O2和N2的相对溶解度，油中的O2/N2的比值反映空气的组成，接近0.5。运行中由于油的氧化或纸的老化，这个比值可能降低，因为O2的消耗比扩散更迅速。负荷和保护系统也可影响这个比值。但当O2/N2<0.3时，一般认为是出现氧被极度消耗的迹象。
③比值C2H2/H2。在充油电力变压器中，有载调压操作产生的气体与低能量放电的情况相符。假如某些油或气体在有载调压油箱与主油箱之间相通，或各自的储油罐之间相通，这些气体可能污染主油箱的油，并导致误判断。主油箱中C2H2/H2>2，认为是有载调压污染的迹象，这种情况可利用比较主油箱和储油罐的油中溶解气体浓度来确定。气体比值和乙炔浓度值依赖于有载调压的操作次数和产生污染的方式（通过油或气）。④故障源温度估算。故障源发生不同故障时，会产生不同等级的能量，从而导致不同等级的温度，而能量的产生与分解产物有关，因此，根据分解产物可以估算故障源温度。
4 结语
油中溶解气体分析的目的是用来检测变压器内部是否存在潜伏性故障，了解故障发生的原因、类型和严重程度，并预测设备的未来状态。但造成油中溶解气体增长的原因多种多样，如有时油中故障特征气体的产生与运行和检修有关。因此，当根据油中气体分析认为可能存在内部故障时，还应结合电气、化学实验结果和运行检修史，以及外部检查等进行综合判断。这样，不仅有助于明确故障类型，而且也有利于对故障部位做出估计。
参考文献：
[1] 李丹.基于油中溶解气体的变压器油的故障分析[J].民营科技，2016（12）：2.
[2] 陈令特.油色谱分析在变压器故障识别中的应用[J].水电站机电技术，2017（04）：63-65.
论文作者:玮娜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：故障论文; 比值论文; 气体论文; 变压器论文; 含量论文; 固体论文; 电弧论文; 《电力设备》2018年第19期论文;