摘要：通常情况下电力变压器带电运行,电气检测方法不能有效的反应变压器内部的潜伏性故障。而通过瓦斯继电器又不能判别故障的类型和性质，有时还引起误判。油色谱分析是通过分析变压器油中特征气体的含量、产气速率和三比值法进行分析判断，它对变压器的潜伏性故障及故障发展程度的早期发现具有有效性。能准确的诊断变压器内部是否属于正常或存在潜伏性故障以及故障类别。
关键词：变压器 色谱分析 故障判别 绝对产气率 三比值
0. 引言
变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法，对检测结果进行综合分析和评判，根据《GB/T 7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则》，通过变压器油中气体的色谱分析这种方法，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且有效。实践证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度有关，它们之间存在不同的数学对应关系。
1. 电力变压器的内部故障主要有过热性、放电性及绝缘受潮等类型
1.1 过热性故障是由于设备的绝缘性能恶化、油等绝缘材料裂化分解。又分为裸金属过热和固体绝缘过热两类。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，前者含量较低，后者含量较高。
1.2 放电性故障是设备内部产生电效应（即放电）导致设备的绝缘性能恶化。又可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）和局部放电三种。
1.2.1 发生电弧放电时，产生气体主要为乙炔和氢气，其次是甲烷和乙烯气体。这种故障在设备中存在时间较短，预兆又不明显，因此一般色谱法较难预测。
1.2.2 火花放电，是一种间歇性的放电故障。常见于套管引线对电位未固定的套管导电管，均压圈等的放电;引线局部接触不良或铁心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，其次是甲烷和乙烯气体，但由于故障能量较低，一般总烃含量不高。
1.2.3 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 变压器绝缘受潮时，其特征气体H2含量较高，而其它气体成分增加不明显。
值得注意的是，芳烃含量问题。因为它具有很好的“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，故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，产生的氢气和甲烷就少些，因此，具体判断时要考虑这一因素的影响。
2. 色谱分析诊断的基本程序
2.1 首先看特征气体的含量。若H2、C2H2、总烃有一项大于规程规定的注意值(图1）的20%，应先根据特征气体含量作大致判断，主要的对应关系是：①若有乙炔，应怀疑电弧或火花放电；②氢气很大，应怀疑有进水受潮的可能；③总烃中烷烃和烯烃过量而炔烃很小或无，则是过热的特征。
2.2 计算产生速率，评估故障发展的快慢。
2.3 通过分析的气体组分含量，进行三比值计算，确定故障类别。
2.4 核对设备的运行历史，并且通过其它试验进行综合判断。
3. 油中主要气体含量达到注意值时故障分析方法
在判断设备内有无故障时，首先将气体分析结果中的几项主要指标，（H2，∑CH，C2H2）与《电气预防性试验规程》进行比较，一般要求220KV及以下变压器H2不大于150µl/L、C2H2不大于5µl/L（500KV1PPM）、∑CH不大于150µl/L，
3.1 当任一项含量超过注意值时都应引起注意。但是这些注意值不是划分设备有无故障的唯一标准，因此，不能拿“标准”死套。要认真判别产生的气体是否是外部原因所致。有些气体含量虽低于注意值，但含量增长迅速时，也应追踪分析。判断有无故障，是把分析结果绝对值超过规定的注意值，（注意非故障性原因产生的故障气体的影响，以免误判），且产气速率又超过10%的注意值时，才判断为存在故障。
3.2 注意值不是变压器停运的限制，要根据具体情况进行判断，如果不是电路（包括绝缘）问题，可以缓停运检查。
3.3 若油中含有氢和烃类气体，但不超过注意值，且气体成份含量一直比较稳定，没有发展趋势，则认为变压器运行正常。
4、实例分析
在10月28日进行例行季度变压器油色谱分析定期工作时，发现#3主变变压器油中氢气、甲烷、乙烯等气体和总含烃量较7月份测试结果有所上升（如图2所示）。
4.1 计算特征气体产气速率，评估故障点发展的快慢
氢气、甲烷、乙烯等特征气体的的分析结果并未超过注意值。但是仅仅根据分析结果的绝对值是很难对故障的严重性并做出正确的判断。因为故障常常以低能量的潜伏性故障开始，若不采取措施，就会演变成严重的高能量事故。因此，必须掌握故障点的发展趋势。
根据《GB/T 7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则》中推荐绝对产气率、相对产气速率（图3、图4），评估故障点发展的快慢
依据上述公式计算得总烃、乙炔的绝对产气速率、相对产气速率如下：
1）总烃的绝对产气速率为34.1ml/d，大于注意值12ml/d；
2）乙炔的绝对产气速率为0.12ml/d，小于注意值0.2ml/d；
3）总烃的相对产气速率为52.0%，远大于注意值10%，应引起注意。
4.2 通过三比值计算，确定故障类别
依据图2分析结果及图5编码规则，计算得出三比值码为012。
判断得出故障类型为：高温过热（高于700℃）。应立即采取措施，避免事故进一步发展。11月3日#3机组调峰停机机会，电气高试专业对#3主变按预防性试验标准进行了全面试验检查，发现A相直阻明显偏大。之后，#3主变排油后从人孔门进去检查，发现A相无载分接开关第三档位的动静触头有过热烧损情况，且无法打磨修复。其它一、二、四、五档位经检查无损坏情况，测各档位的绕组直流电阻合格。11月10日下午18点，#3 主变分接开关档位调整完毕，并经电气检修人员于变压器内部确认第二档各动静触头无烧损点且接触良好，高试人员测量确认其直阻合格。晚上22点，#3主变抽真空合格，油化验合格，具备进油条件，开始真空注油；11月11日，#3主变注油及热油循环完毕；11月13日，静置24小时后，对#3主变进行预防性试验合格。11月24日#3机组并网运行， #3主变运行正常。之后对#3主变色谱进行连续跟踪，结果如图7：
5. 结束语
变压器油中气体含量色谱分析方法能有效诊断变压器内部潜伏性故障的早期存在。具体应用中要根据故障或缺陷的不同发展阶段,采用不同的分析方法,结合设备的实际运行状况及外部电气试验数据,充分发挥油化学检测的灵敏性,正确评判设备状况或制定针对性的检修策略，提高变压器的运行可靠性。 可以及时发现变压器内部的缺陷，能够连续监测，特别是能随时掌握缺陷的变化情况。
参考文献
[1]牛晓琴. 应用变压器油色谱分析判断变压器故障研究.《科技创新与应用》. 2013.
[2]凌震宇.气相色谱分析技术在处理电力变压器故障中的应用.《上海电力》2008.
[3]马翼敏 .油中溶解气体的色谱分析在变压器故障诊断中的应用.《变压器》2005.
[4]王海瑞 .浅析大型变压器油色谱分析及故障判断.《电源技术应用》.2013.
论文作者:刘敏杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/6
标签：故障论文; 变压器论文; 气体论文; 含量论文; 色谱论文; 潜伏性论文; 速率论文; 《电力设备》2017年第18期论文;