太原理工大学 山西太原 030024
摘要：电力系统当中变压器设备的正常使用是保障输电安全的基础，但是变压器的实际使用中，受到各种因素的影响，就存在着一系列的问题，严重影响了电力系统正常运行。采取科学的诊断技术加以应用，及时找到变压器故障问题，这对解决故障就能提供方便。
关键词：油色谱分析；变压器；故障识别
1油色谱分析技术
1906年，俄国物理学家茨维特（Tswett）首先发现了色谱现象。20世纪60年代，日本工程技术人员开始利用气相色谱法分析变压器油中气体含量，来评估变压器运行状态和进行故障诊断。变压器油气分析的一般做法是，先采集充油电气设备中的油样，脱出油样中的溶解气体，然后用气相色谱仪分离、检测各气体组分，浓度用色谱数据处理装置或记录仪进行结果计算。按DL/T722的规定，变压器投运前、检修前后以及正常运行时均应定期进行油样取样分析，以便了解变压器油中溶解气体的含量及增长趋势。
随着脱气技术、传感器技术、计算机与人工智能技术以及油中溶解气体故障判断方法的不断发展，为了节省人力成本和降低劳动强度，以油色谱分析为核心技术的油中溶解气体在线监测系统应运而生，并在多个行业得到了广泛的应用。其工作流程是：变压器油通过油路循环单元收集到油气分离单元，溶解在变压器油中的特征气体经油气分离装置分离后，在内置微型气泵的作用下，进入定量管，定量管中的特征气体在载气作用下流过色谱柱，而后，气敏传感器按气体出峰顺序分别将特征气体变换成电信号，数据采集单元将采集到的电压信号经过A/D转换，上送到计算机系统。计算机软件计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率，当数据异常时，按照预设策略启动报警或故障诊断程序。
考虑到在线监测系统测量数据的误差相对较大（国网公司企业标准规定的在线监测系统误差为30%，实际应用中，一般在线监测系统数据发现特征气体异常后，再由人工取油样进行分析复核。
2变压器故障分析
2.1油温异常
变压器在运行中，变压器中的线圈损耗和铁芯损耗会转变成热能，变压器的铁芯和线圈会发热，变压器温度则会升高，变压器油温也会随之升高，通过变压器油传给变压器的散热器。根据我国标准，想防止绝缘过早老化，则变压器的温度应控制在85℃以下。在负荷不变的情况下，如果变压器的油温超过标准温度10℃或持续上升则可确定变压器有可能发生故障。导致故障的原因可能是冷却系统散热器发生堵塞、线圈短路或者是其它内部故障。
2.2油位异常
变压器在运行时油位应保持正常。变压器上都装有监视油位监视计（玻璃管或磁针式）。在正常情况下，变压器的油位与变压器的油温是相对应的，会随变压器油温的变化而变化。检查油位时，有可能会出现假油位的情况。当油枕呼吸器堵塞、防爆管通气孔堵塞、油标管堵塞或油位计损坏时，均会出现假油位。此时虽然变压器油温、环境温度等产生了变化，且是符合正常情况下的范围，但油位不变化或变化异常。变压器油位异常主要有油位过高和油位过低两种情况，油位过高可能是过负荷、三相电流严重不平衡、冷却器异常引起的，应降负荷或调整负荷让三相电流使其基本达到平衡或检查冷却器是否积灰堵塞，风扇、潜油泵运转是否正常等。油位过低有可能是变压器存在漏油情况、检修后未能及时补油或是因为变压器负荷突然下降或外界环境温度明显降低。油位过低会造成瓦斯保护动作，当变压器严重缺油时，可能会造成绝缘击穿的情况。由于季节变化，如变压器油位会因为夏季或冬季温度不同引起油位升高或降低，此种属于正常现象，采取放油或者加适当的油即可。
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2.3泄漏油故障
泄漏油是电力变压器的常见故障，油的泄漏是阀门系统的常见现象，易发生在橡胶垫连接的桩头位置。漏油的原因可能是胶水材料不好，蝶阀、排油阀安装精度不好，螺纹泄漏；也可能是某个密封垫失去弹性，导致小瓷器破裂的泄漏等。维护时，应首先检查每个环节的密封条件，然后检查橡胶垫等部件的物料情况。为了避免出现漏油问题，尽可能选择最好的材料。
3油色谱在变压器故障诊断中的应用
变压器中的故障只有在其发展到一定的水平后，才能够被人们发现，一旦故障发生将会给人们的生命和财产带来不可估量的损失。故障诊断技术则是通过对变压器运行过程中的运行参数进行检测，并且将这些参数跟它状态良好情况下的参数进行对比和分析，获得设备参数的变化趋势，从而对变压器的运行状态做出相应的判断。
3.1 对某运行中跳闸变压器的故障判断分析
某容量为40MVA厂用分裂变压器运行中跳闸，变压器差动及瓦斯保护动作，检查变压器外观无任何异常，对变压器取油样进行色谱分析，溶解气体组分值如下：
其C2H2/ C2H4=171.6/469.8=0.365，编码为1，CH4/ H2=196.8/220.8=0.891，编码为0，C2H4/ C2H6=469.8/130.5=3.6，编码为2，三比值编码为102，初步判断故障性质为低能放电。
相关电气试验结果为：变压器低压A分支绕组对地绝缘较正常下降（不合格），直流电阻超标（较正常值升高），B分支绝缘合格。吊芯后检查发现，A分支A、B相绕组下端部电弧烧损；
另外，CO、CO2组分含量较大，但其与正常定期分析值相比增加量不大（正常定期分析CO、CO2含量分别为1340.12μL/L和19253.2μL/L），原因为故障性质为非过热性故障，且故障后变压器差动保护动作将故障切除，固体材料分解时间短所致。综上所述，该变压器发生了严重故障。在这里，色谱分析所起作用是与电气相关试验结合，对变压器是否损坏及是否需吊芯检查提供依据。
2.2.2 对潜伏性故障的判断
发生潜伏性故障后，变压器并不马上吊芯检查，一般变压器仍在运行，故障判断分析除用三比值法外，还应计算有关特征气体产气速率。如某50MVA起备变（高压侧电压330KV），自投产运行一年来油色谱分析异常，总烃含量持续上升。
由2010年5月12日起总烃超标，2010年12月10日起C2H2超标，2011年3月16日起H2超标，其它特征气体含量正常，有关电气试验正常。分别以2010年5月12日及2011年3月16日分析数据计算三比值，三比值编码均为022，故障性质为高温过热。为了对故障发展趋势进一步判断，仍以上述两个取样日期数据计算总烃含量相对产气速率为64%，绝对产气速率为59%（计算过程略）。相对产气速率已超过10%，绝对产气速率已超过12%，故障已以较快速度发展，不宜再运行。解体吊芯发现：变压器铁芯心柱外侧铁芯上铁轭表面尖角位置处出现多处尖角搭接，该处铁芯的剪切侧片形成短接点有烧伤过热痕迹，其等同于硅钢片片间绝缘损坏，在该处出现较大涡流。处理后变压器回装并进行真空滤油、热油循环及相关电气试验后投运，运行一段时间后再取油样作色谱分析正常。
4结语
对变压器的油色谱分析技术的应用，能对变压器的故障及时性诊断，这样就能保障变压器故障的及时性解决，降低事故发生的概率。希望能通过此次的理论研究，能对变压器的故障检测以及处理的整体效率提高起到促进作用。
参考文献：
[1]赵颖.油色谱分析在变压器故障诊断中的应用[J].甘肃科技，2010，26（05）：71-72+64.
[2]张媛，喻广晴，连鸿松.油色谱分析技术在变压器故障分析诊断中的应用[J].能源研究与管理，2011，（01）：61-64.
[3]朱琳.油色谱分析技术在变压器故障诊断中的应用[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2016，（04）：150-151.
论文作者:董雪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/5
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