摘要：在整个电力机车系统中，变压器有着至关重要的作用，可以说其是电力机车的心脏，变压器质量的好坏在很大程度上影响着铁路运输工作。目前，用气相色谱法检测电力机车变压器油中气体的含量已成为判断机车变压器故障的重要手段。
关键词：色谱分析；电力机车；变压器；故障诊断；分析
引言：电力机车中的主变压器是其能量来源，被誉为电力机车的强大心脏，它的可靠安全运行对确保铁路运输的高效性及安全性意义重大。然而相对于这种能够发挥重大作用的主变压器，对其故障诊断技术的分析和研究至关重要。
1.机车主变压器的故障类型
变压器涵盖了较多的故障类型，一部分故障可能会出现不同的多种故障，比如机车中的主变压器发生了铁芯接地的故障，可以将其分成磁路故障或者局部过热故障；还能够将绕组匝间短路故障分析电故障或者热故障，也会出现两者同时发生的现象。通常情况下，针对相当数量的油浸式变压器来讲，在变压器内部出现了故障的情况下，一般都会发生放电性或者过热故障。然而也有一部分变压器刚开始发生故障时未出现放电性或者过热故障。所以应该密切联系机车中主变压器的结构以及运行特点，按照发生故障的物理性质的差异，判定电力机车中的主变压器出现故障的具体类型。
2.变压器油中气体成分的分析
充油变压器的绝缘材料主要是绝缘油、油浸纸，精炼后的新绝缘油中不含低分子烃类气体，绝缘油由于电热分解，会产生可燃的和非可燃的各种气体，一般多达 20 种左右，其中对判断故障有价值的气体有：甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氢气（H2）等。变压器新投入运用时，除能检测出大量的氮和氧之外，还有少量的一般在几十（含量 1×10－6）的一氧化碳和几百的二氧化碳（含量 1×10－6），有的还有少量的几个或十几个（含量 1×10－6）的烃类气体，但没有乙炔。当运行一段时间以后，由于变压器中使用的绝缘材料、残存水分与钢材的反应而产生一氧化碳和氢气逐步释放于油中。在正常运行温度下油和固体绝缘正常老化过程中，产生的气体主要是一氧化碳、二氧化碳，在油纸绝缘中存在局部放电时，油裂解产生的气体主要是氢和甲烷，在故障温度略高于正常运行温度时，油裂解的产物主要是甲烷，随着故障温度的升高，乙烯和乙烷的产生逐渐成为主要特征气体，在温度高于（1000℃以上）或产生电弧（3000℃以上）的作用下，油分解产物中含有较多的乙炔，如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的一氧化碳和二氧化碳。
需要说明的是，有时变压器内部并不存在故障，但由于某种原因可能造成油中溶解气体的升高，造成原因有的是由于前次故障排除后油中故障气体没有完全脱除净，也有时是油箱曾做过带油补焊，致使油中溶入气体以及其它等原因，这就要使分析研究人员对该变压器的运用维修状态有一个全面的掌握，不至于错判而造成损失。
在正常情况下运行的变压器油中其溶解气体O2和N2分别为30%和70%左右.当变压器内部存在潜伏故障时，热分解产生的气体以分子的形态存在，如果产气速度很慢，则仍以分子的形态扩散并溶于周围的油中，这样，即使油中气体含量很高，只要尚未饱和，一般就不会有自由气体释放出来。如果产气速率很高，分解的气体除一部分溶解于油中之外，还会有一部分成为气泡而上升，并在上升过程中把油中溶解的氧气和氮气置换出一部分。这种气体置换过程与气泡上升的速度有关。气泡越小，上升越慢，与油接触的时间就长，气体可能完全溶解于油中，最终进入气体继电器内的几乎只有空气成分和溶解度低的气体（如H2，CH4等），而溶解度高的气体在油中的含量较高，这就是故障早期阶段的特征。相反如果气泡大，上升速度快，与油接触时间短，溶解和置换过程来不及充分进行，分解的气体就以气泡的形态进入气体继电器中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这就是在突发性故障时，气体继电器中积存的故障特征性气体的含量往往比油中气体含量高得多的原因。
此外，由于温度上升时，空气在油中的溶解度是增加的.对于空气饱和的油，若温度降低，将会有空气释放出来，这样运行中即使是正常的变压器，当温度和压力下降时，油中的空气因饱和而逸出，此时仅仅分析气体继电器中积存的气体，不能正确地判断故障。因此必须对油中溶解的气体加以分析，以便尽早发现设备内部存在的潜伏性故障并随时跟踪故障的发展情况。运行正常的变压器油中溶解气体的组分主要有O2和N2，运行时间较长的正常变压器中，变压器内的绝缘材料在电或热的作用下分解产生可燃和非可燃的各种气体，例如在300-800℃热分解产生的气体主要是H2、CH4、C2H2、C2H4；局部放电时产生的气体主要是H2、CH4、C2H6；绝缘油暴露于电弧中分解的气体主要是H2、C2H2和一定量的CH4、C2H2等多达20余种。其中，对判断故障最有价值的分析对象是H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2，因此本系统主要以这七种气体为依据对故障类型加以判断。
3.电力机车变压器故障进行诊断
3.1对变压器是否发生故障进行判断
当变压器在运行过程中出现故障时，会产生一定量的氢气、烃类气体、一氧化碳、二氧化碳等等。所以，在对变压器是否发生故障进行判断的过程中，可以对以上气体的数据变化进行分析，最后再与标准值进行比较，工作人员要对数值变化较大的气体进行分析；除此之外，还可以对设备进行跟踪分析，对数据进行处理后进行判断。另外，还应该对数据低于标准值的气体进行分析，确定其变化原因后再进行下一步分析。尽管有的数据变化大，也不能百分百说明变压器在运行过程中出现了故障，因此需要工作人员根据实际情况对变压器进行分析。
3.2对变压器的损坏程度进行判断
在工作中仅仅对气体数据的变化进行分析是远远不够的，这会在很大程度上出现误差，因此，还需要对气体产生的速率进行研究。气体产生速度的快慢在很大程度上会受到变压器故障部位、损坏程度以及变压器内部温度的影响。由此可见，分析气体产生的速度不仅可以对变压器是否发生故障进行分析，还能够对其损坏程度进行分析。在对电力机车变压器进行故障分析时，可以将产生气体的速度以及气体数据的变化联系起来进行分析，这样便可以更加准确的对变压器故障进行分析，从而可以更容易的分析出具体的故障部位以及损坏程度。
3.3对变压器发生故障种类进行判断
在故障分析工作中，我们可以发现变压器在运行过程中产生的气体对其内部性能有一定的影响，因此，可以借助三比值法来确定变压器故障的种类，随后根据专门的数据信息进行分析，确定具体故障种类。
总结：
通过上述分析可知，色谱分析的过程中由于击穿电压、闪点、游离碳等结果正常，所以要加强色谱分析，对变压器油色谱分析每个环节都按标准操作，这样不仅检测的精确度提高了，并且保证了试验数据的可靠性和可比性，为进一步进行电力机车变压器故障判断提供科学准确的数据，以此保障电力系统安全稳定运行。
参考文献：
[1]王公社.对SS4型电力机车牵引变压器气相色谱法故障诊断注意值的探讨[J].科技创新与应用，2016（18）：70-71.
[2]刘宇婷.电力机车主变压器技术状态检测及评估方法研究[D].大连理工大学，2014.
[3]范万里，李刚，白宇君，秦杉.气相色谱和神经网络在机车故障诊断中的应用[J].自动化仪表，2013，34（08）：9-12.
论文作者:王艳玲,张腾跃
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/20
标签：变压器论文; 气体论文; 故障论文; 电力机车论文; 氧化碳论文; 进行分析论文; 分解论文; 《基层建设》2019年第8期论文;