（国网晋中供电公司 030600）
引言
变压器是电力系统中最主要设备之一，其运行的稳定、可靠性直接影响整个电力系统的安全。为保证电网的安全、稳定，需要对主变的绝缘进行监视和诊断分析。主变油中气体的含量和成分能及时有效地反映出电力主变内部的故障情况。变压器在线监测技术经过数十年的研究和实践，发现了不少缺陷，为设备的安全运行发挥了积极作用。虽然其应用尚需进一步积累经验，但油中溶解气体监测技术的成熟发展，必将成为电力主变安全稳定运行的一道坚固可靠防线。
油中溶解气体的概念及分析
当主变内部存在故障点时，固体绝缘材料和绝缘油会在电与热的作用下，产生氢气、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、一氧化碳及二氧化碳等气体，这些气体经过对流、扩散而溶解于主变油中。多种特征气体的含量、气体的增长率，这些与故障点的能量密度、故障种类有着密切的关系。长久以来，由于用油色谱法分析变压器油中溶解特征气体组分具有样品用量少、分析速度快、分离效率高和检测灵敏度高等特点，形成了专门的油中溶解气体分析（Dissolved gases analysis简称DGA）。由于油中特征气体的分析可以在不停电情况下进行，并且不受外界磁场和电场的影响，所以世界各国公认监测和诊断油浸式主变故障的最佳方法。在线油中溶解气体分析的目标是实现对变压器油中溶解气体连续的在线实时监测，并将其监测的结果通过网络实时远程传输给监测中心的故障诊断系统，由该系统根据监测数据以及主变的其它数据提供出变压器的实际情况并给出建议采取的措施。
特征气体在变压器内的存在方式
在液、气的密闭系统中，气体会对液体溶解，在某一压力、温度下，最终达到气体释放与溶解的平衡，这是一种动态平衡。气体在与变压器中油接触时，会溶解于油中。当油中溶解的特征气体与油面气体达到动态平衡，这时溶解的特征气体浓度会与油表面气体的压力间遵从亨利定理。
油中溶解气体的溶解度大小与油的化学成分、气体的特性、温度等因素有关联。烃类气体的溶解性是随着分子量增大而增大，二氧化碳和低分子烃类气体的溶解性是随着温度升高而减少，一氧化碳、氮和氢的溶解性是随温度升高而增大。当变压器的内部存在潜在性故障时，绝缘油会热分解，产生气体分子状态的气体。这时假如产气速率比较慢，则会以分子的形态进行扩散，并溶解在油中。所以即使油中气体含量很高，只要尚未饱和，就不会出现自由的气体被释放出来。如果主变故障的时间较长，油中的气体会达到一种饱和状态，这时就会释放出特征气体，气体随即会进入变压器的瓦斯继电器。
变压器故障早期，只有溶解度低的气体才进入气体继电器中，而溶解度高的气体继续存在于油中。当变压器突发性故障时，这时特征气体与油接触时间短，置换和溶解过程还未充分进行，气体就会以气泡的形式进入气体继电器中。所以说，聚集在气体继电器中的特征气体总是比绝缘油中气体的含量高。变压器内部的固体绝缘材料通过热分解产生气体，这时部分气体会自由地进入到气体继电器中，气体继电器中聚集的气体并不完全是由于热分解产生的气体。如果此时仅仅去分析这些气体，并不能准确地判断出故障，所以我们还必须对油中溶解的气体进行加以分析。当变压器内部故障时，就会产生大量特征气体，特征气体的组成和含量与故障严重程度有着很大密切关系。
判断变压器故障的常规办法
1 三比值法
比值法是一种利用油中溶解的气体间的比值来判断主变是否有内部故障。目前最常用的比值法主要有三比值法、罗杰斯比值法、电研法等，下图是三比值的判据。
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油色谱法判断主变故障的常用方法是三比值法。三比值法是用五种特征气体（氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔）组成不同的编码表示的三对比值，通过列出三对不同的比值，比值就会用不同的编码进行表示，并对这些编码进行分析，从而对变压器故障类别做出准确的判断。
三比值法的优点是判据简单、便于操作、分类详细，但是该方法存在编码缺损的问题。这样造成三比值法的诊断正确率不是很高，一般大致只有60％左右。
2 大卫三角形法
与三比值法比较，大卫三角形法最突出的特点是保留了一些落在比值限值之外因而被IEC比值法漏判的数据。使用大卫三角形法对变压器故障判断时，比值点落在某一区域范围内，此区域所对应的故障类型就反映是对应的变压器故障。大卫三角形法的有一缺点，如果比值点刚好落在故障区域的边界线上，这是三角形法是无法判断故障类别的，所以在此时，我们就要考虑采用其他判断方法或借助有经验来综合分析。
3 特征气体分析判断法
特征气体分析判断法可以反映故障点受热，致使固体绝缘材料分解的本质。变压器故障点产生气体的特征是随着故障严重程度、故障类型和所涉及的材料的不同而会产生不同的特点。变压器故障点局部的能量密度越高，从而产生碳氢化合物的不饱和度就会越高。从以往测试的统计数据中可以得出，变压器故障点随着温度的升高，甲烷的比例会逐渐减少，反而乙烷和乙烯的比例会逐渐增加，故障点严重过热时会产生一定数量的乙炔。
特征气体分析判断法方便、直观、便于掌握，但是判断依据较笼统，一般只有定性描述，这样的描述性不利于进一步做出判断。还有一方面，特征气体分析判断法对固体绝缘的故障可以给出判据，这在上面介绍的比值法中一般是没有的。因此在实际应用中，特征气体分析判断法要与其他的方法结合起来，一般最常见的是先用特征气体分析法大致诊断出变压器故障类型，然后再利用三比值法具体判断故障类别。
结语
今后主变检修的发展方向必然是以诊断技术及在线监测基础的状态检修，由预防性检修体制逐渐过渡到预知性检修体制，按照山西电力公司的统一部署，晋中电网中的500kV、220kV变电站所有主变应用推广变压器油色谱监测系统，把试点变电站取得的经验进行推广，实现对变压器的远程、在线状态监测与故障诊断，克服一个站内不同在线监测系统各自独立的弊端，使其油色谱、绝缘、局放等在线监测子系统能够协同工作。
参考文献：
[1]GB7252-87.National Criterion of the People's Republic of China：Guide for the Analysis and the Diagnosis of Gases Dissolved in Transformer Oil，GB 7252-87
[2] 贾瑞君.关于变压器油中溶解气体在线监测的综述.变压器.2001，38（10）
[3]邓敏. 变压器在线监测技术的新突破. 电网技术.2001，25（9）
论文作者:朱瑞凯
论文发表刊物:《电力设备》2015年8期供稿
论文发表时间:2016/3/11
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