摘要：用油色谱分析技术对变压器故障进行诊断分析，并判断变压器早期故障的类型、严重程度和部位的确定。对变压器的潜伏性故障和故障发展程度的早期发现具有一定的预防性。本文就介绍了油色谱分析法在变压器故障综合诊断类型，并阐述了油色谱分析检测变压器故障的机理和相应的故障处理。
关键词：色谱分析；变压器；故障；应用
变压器作为电力行业的重要设备之一,对于电能经济传输和灵活调配具有十分重要的作用。利用气相色谱仪分析变压器油中溶解气体组份及含量来判断变压器的潜伏性故障,已作为变压器维护、监督的有效手段而得到应用和推广。通过变压器油中气体的色谱分析这种化学检测的方法,在不停电的情况下,对发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏而有效。
1、电力变压器内部故障类型
一般情况下，充油变压器内部故障主要有3种类型。
1.1过热性故障
过热故障的产气由两个方面引起，一是热点涉及固体绝缘的过热性故障;二是热点不涉及固体绝缘的裸金属过热性故障，即为固体绝缘过热和裸金属过热。裸金属过热与固体绝缘过热的区别是以CO和CO2的含量为准，裸金属过热时CO和CO2的含量较低，固体绝缘过热时CO和CO2含量较高。
1.2放电性故障
放电故障是设备内部产生电效应(即放电)导致设备绝缘性能恶化。按产生电效应的强弱分为高能放电(电弧放电)、低能量放电(火花放电)和局部放电3种。1)电弧放电产生气体为乙炔和氢气，其次是甲烷和乙烯。这种故障在设备中存在时间较短，预兆不明显，一般色谱法较难预测。2)火花放电是一种间歇性放电故障。常见于套管引线对电位未固定的套管导电管，均压圈的放电;引线局部接触不良或铁芯接地片接触不良而引起的放电;分接开关拨叉或金属螺丝电位悬浮而引起的放电等。产生气体主要为乙炔和氢气，其次是甲烷和乙烯，由于故障能量较低，一般总烃含量不高。3)局部放电主要发生在互感器和套管上。由于设备受潮，制造工艺差或维护不当，都会造成局部放电。产生气体主要是氢气，其次是甲烷。当放电能量较高时，也会产生少量的乙炔气体。
1.3其它故障
变压器绝缘受潮时，H2含量较高，其它气体成分增加不明显。值得注意的是芳烃含量，它具有很好的“抗析气”性能，不同牌号油含芳烃量不同，在电场作用下产生的气体量不同。芳烃含量少的油“抗析气”性能较差，在电场作用下易产生氢和甲烷，严重时还会生成蜡状物质，而芳烃含量较多的绝缘油“抗析气”性能较好，产生的氢气和甲烷要少些。因此，判断时要考虑这一因素的影响。
2、油色谱分析检测变压器故障的机理
2.1油色谱分析方法的应用
变压器的绝缘测试（包括绝缘电阻、吸收比、介损、泄漏电流和交流耐压试验等），都需要变压器退出运行，设备停电才能进行。因受停电机会的限制，变压器内部故障往往不能被及时发现。而且这些常规的绝缘试验也难于发现设备内部的潜伏性故障。色谱分析的最大优点是预测故障和检测故障均不要求变压器停电，只需从带电运行的变压器中提取少量油样，即可进行分析和检测变压器内部是否存在故障及故障的严重程度。实践证明，色谱分析检测潜伏性故障的灵敏度和有效性非常高，检查缺陷的准确率几乎是100%。
2.2变压器故障时产气的种类
正常变压器油中气体含量与空气溶解形成平衡状态后，油中的含气量的主要成份是：O2为28%左右，N2为71%左右，CO2为0.3%左右，另外还有较微量的烃类气体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当变压器内部发生故障时，由于油和绝缘纤维质的固体绝缘材料在电和热的作用下，将分解出故障性气体，通常这些故障性气体（称为特征气体）种类包括：H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2其中气体，其中CH4、C2H6、C2H4、和C2H2四种烃类气体成为总烃，通常C1＋C2表示。根据绝缘油热分解的机理，随着电或热故障点处的温度（释放能量）的升高，这些特征气体的产生是有一定顺序的，它们是按C-H，C-C，C=C，C=C的键能顺序依次产生，也就是产气的顺序是CH4、C2H6、C2H4和C2H2。另外由于碳氢键的键能最低，生成热最小，在各种故障的热分解中，总是首先有H2伴随产生，低能故障时产气是以H2和CH4为主。
2.3变压器内部故障类型及发生部位
变压器内部故障的类型分热故障和电故障两大类。热故障分低温过热（300℃以下）、中温过热（300-700℃）和高温过热（700℃以上）故障。低温过热又分150℃以下的低温过热和300℃以下的低温过热。150℃以下的低温过热通常是由于急救性负载造成的过负荷，致使绝缘导线的过热；而150℃以上的中、高温过热的表现形式是局部过热现象，主要发生的部位是在开关触头部位、铁心多点接地部位、铁心局部短路部位、电导体的过流部位、电导体接头焊接部位、漏磁集中部位和冷却油道堵塞部位等。电故障主要指放电现象，放电包括电弧放电、火花放电和局部放电三类。电弧放电故障多发生在匝间、层间和段间的绝缘击穿、引线断裂、对地闪络、分接开关飞弧等部位。电弧放电属较严重的放电现象，这种放电现象大都是突然发生，表现剧烈，多引起气体继电器的跳闸动作。火花放电故障多发生在引线及导线连接处、引线接触（包括开关弧头）不良处、悬浮导体对地间、铁心接地不良处等裸金属部位。火花放电属中度放电现象，这种放电主要表现形式是间歇性放电，在较长的时间内不断发生，会频繁引起气体继电器的产气报警。局部放电故障多发生在油中气泡、气隙，绝缘件的夹层、空穴处，悬浮金属导体周围处，高电场中导电体和接地金属部件尖角部位处，高电场中的受潮绝缘体内。局部放电的形式是低能量、低密度，作用时间长，外部表现不明显。
2.4不同故障类型的产气组分（特征气体）
热性故障的产气组分：热性故障（以中、高过热为主）的主要产气是以烃类气体中的C2H4为主，还有CH4和C2H6，而且随着温度的升高，C2H4所占比例增加并占有主要成份，通常生成C2H4的温度是500℃。电性故障的产气组分：对于电弧放电和火花放电而言，因其放电能量较高，放电部位处的温度也较高（在800℃-1200℃），所以电弧放电和火花放电的产气主要是C2H2；对局部放电，因其放电能量较低，产气主要是H2和CH4。无论是热故障还是电故障，只要有固体绝缘介入（故障部位有绝缘材料包敷）都会产生CO和CO2，裸金属部位的过热和放电所产生的CO和CO2就不明显了。对正常运行的变压器，其绝缘材料（包括变压器油）的老化会缓慢产生CO和CO2。变压器内部受潮，主要产气成分是H2。
3、变压器故障处理
该变压器在最后一次油色谱检测后继续运行了14天，例行检修时对变压器故障进行了停电离线处理，发现变压器低压“△”型短网并行连接铜母排之间有电流拉弧放电现象，两组铜母排紧固螺栓对应处均烧蚀。故障现象及故障部位与分析结论一致。绕组引线铜母排之间的故障主要原因是设备内部连接质量不佳，可能为紧固不牢、接触面氧化、锈蚀接触不良等。故障确定后，检修人员根据故障情况对内置式“△”型短网系统支撑结构进行改造加固。用非导磁性不锈钢板加工制作短网系统的支撑基座，焊接于引线箱内壁侧；采用环氧玻璃布板材料加工制作绝缘支撑隔板，绝缘纸板衬底；同时更换烧蚀物件，对短网母铜排烧蚀部位进行清创；最后进行封孔、注油、静置后重新投入运行，运行情况良好。
4、结论
电力变压器在线油色谱监测系统，有效克服了常规试验室离线色谱分析检测周期较长、跟踪不及时、操作繁琐等局限问题，能够实现连续实时变压器油中气体含量的动态监测分析，并能与变压器内部早期安全隐患和故障有效对应。目前，随着电力电子技术、传感器技术、油色谱分析技术的进一步完善，国内电力变压器在线油色谱监测系统也日趋完善，其在线监测分析数据结果与试验室离线分析数据结果能够保持高度一致性，能够及时、准确地判断变压器运行工况状态和预测判断其内部存在的安全隐患，为变压器状态检修计划策略的制定提供必要科学判断依据。
参考文献
[1]钱旭耀.变压器油及相关故障诊断处理技术[M].北京：中国电力出版社，2015.
[2]林朝晖,张彼德,李彦瑞.基于油气分析的电力变压器故障诊断[J].2013，46(10)：54-57.
论文作者:曹茜
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：故障论文; 变压器论文; 色谱论文; 气体论文; 部位论文; 电弧论文; 局部论文; 《电力设备》2017年第34期论文;