摘要：变压器油色谱分析仪，是目前常用于检测充油电力设备的放电、过热现象的仪器，是保证电网安全运行的有效手段，主要作用是变压器的安全维护。但是分析过程复杂且烦琐，要想更好地保证分析的结果，就要在提升实验人员操作知识、实验技能、专业水平的同时，完全按照《变压器油中溶解气体分析和判断导则》进行操作，从而更好的达到应用的目的。
本文针对变压器故障判断中绝缘油色谱分析的应用进行了简要探究。
关键词：变压器；故障判断；绝缘油色谱分析；应用
变压器在正常工作的过程中，内置的变压器油会随着变压器的工作进度而产生一些化学反应，尤其是在变压器的使用过程中出现故障时，变压器油出现化学反应的程度会更大。而变压器油出现化学反应的表现主要是油色发生改变，不同的变压器故障会导致油呈现出不同的颜色，因此，可以根据油色的变化来判断变压器出现的故障种类，以此来及时修复变压器的故障，保证变压器的安全运行。
1变压器故障分析
1.1故障条件下产气种类
当变压器处于正常操作状态下，且当油中气体含量，与空气溶解平衡后，此时变压器油中含气成分，包括30%含量的氧气、70%左右的氮气、0.3%左右的二氧化碳，以及少量的烃气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳气体。同时在电、热故障点温度增加的情况下，特征气体会按照一定键能顺序产生，以上几种气体的排序，就是产气顺序。
1.2故障类型
变压器内部故障，主要体现为热故障、电故障两种故障类型。其中热故障，主要产生以烃类气体，故障类型包括150℃、300℃以下的低温过热；300℃到700℃之间的中温过热，以及700℃以上的高温过热故障。其中没有超过150℃的低温过热，表现为超负荷导致的绝缘导线温度升高；而超过150℃以上热故障，表现为开关触头、铁芯接地、铁芯短路、电导体过流、电导体焊接、漏磁集中、冷却油道堵塞部位等故障。
而电故障，主要产生氢气、甲烷和乙炔气体；故障指变压器的放电行为，包括电弧放电、火花放电、局部放电。其中电弧放电故障，多会突然发生剧烈的放电现象，使其继电器出现跳闸动作。其中火花放电故障，时常发生在导线连接不良位置，表现为间歇性频繁放电，使其气体继电器，发生产气报警动作。而局部放电故障，放电形式外部表现不明显，且长时间的低能量放电。当变压器的绝缘材料，出现老化现象时，主要产生一氧化碳、二氧化碳气体；当其内部受潮时，会产生氢气。根据特征气体判断变压器故障类型的情况，如表1。
2变压器油色谱分析的原理
变压器运行过程中，变压器油加上特殊的绝缘材料能够有效地实现对电流的绝缘，从而保证变压器各部件的安全运行。变压器油作为一种油质原料，主要由烃类有机物组成，在变压器运行过程中，由于内部电流转换会使变压器油发生一定的化学变化，特别是运行中的变压器油在热度增高情况下会发生化学反应，从而改变原有的化学构成元素性质，分解出一些气体。这些产生的气体会溶解在变压器油中，从而使变压器油的色谱发生一定的改变。一旦变压器出现故障时，此时变压器油质颜色变化也较为剧烈，而且有较多的气体产生，这种情况下变压器油色谱变化情况会在色谱上呈现出来，针对变压器油质颜色的差别所体现出来的色谱变化也会存在不同，根据色谱变化情况来辨识变压器的不同故障。
3变压器油色谱分析过程
利用色谱分析来判断变压器的故障种类的具体操作步骤：第一，取出一定量的变压器油，利用变压器油色谱分析变压器故障种类时，在取样过程中使用试管或是注射器来取出适量的变压器油，并将取出的样品装在容器中进行备用；第二，分离变压器油中气体，通过变压器油的颜色来判定变压器的故障种类的第二个步骤是分理离出变压器油中的气体成分，通过将备用的变压器油转入到真空脱气装置中，利用脱气装置分离气体与液体的工作原理，将变压器油中所溶解的各种气体和油质液体分离开来，以便于后续的检测工作；第三，通过鉴定器检测，在对气体进行检测时，需要使用鉴定器来检测脱气装置中分离出来的气体，从而鉴定出气体化学成分和构成等相关数据，同时所得到的数据还要进行电子数据转化，这样才能更好的进行故障分析；第四，判断故障种类，根据鉴定器对变压器的油质中所含的气体类型的鉴定可以判定变压器内部所出现的故障种类，并及时采取有效的修复手段修补故障，避免因为变压器的损坏造成更大的损失。
4色谱分析对变压器的故障判断
4.1过热性故障
裸金属过热，指设备内的热量只引起绝缘油的分解，包括分接开关接触不良、引线和分接开关的连接处焊接不牢等。油中气体的特征是，烃类气体逐渐增多，其中甲烷和乙烯是特征气体，占到总烃的80%左右，甲烷在故障点的温度较低时比重较大，乙烯和氢气在故障点温度较高时的比例增加，但增幅度不如烃类气体。随着温度的不断升高，也出现少量的乙炔气体。固体绝缘过热，指过高的温度涉及固体绝缘材料，会产生大量的的低分子烃类气体和少量的CO和CO2。低温度过热，由于变压器长期过负荷或其他原因使绕组的固体绝缘长期承受局部的低温度过热，使油不能分解，出现长期低温度过热加速绝缘纸的碳化的现象。
4.2放电性故障
漏电是导致变压器发生故障的重要因素，由于变压器作为电压调节设备，其需要与众多的电流部件进行接触，这就导致其出现漏电的机率增加，一旦变压器内部某一部件发生漏电现象，则会导致其他部件受损，对变压器的正常运行带来较大的影响。例如，当变压器油中出现火花放电故障时，产生的气体主要有氢气、甲烷和乙炔气体；当绝缘油中电弧放电时，产生的气体主要是氢气、乙炔和甲烷，次要气体组分为乙烯和乙烷。
4.3受潮故障
变压器通常都是安装在户外环境中，这就导致与水接触的机率较大，特别是在雨天，一旦雨水进入到变压器内部，则会导致变压器故障发生，严重时可能会发生爆炸，同时在潮湿环境下，变压器内部一些部件的正常性能也会受到较大的影响。当变压器设备进水受潮或者油里有气泡时，根据表1可知，这两种情况下都会产生大量的氢气。设备内部进水受潮时，除了油中的水分和固体绝缘中存在的气隙而发生局部放电，从而产生氢气外，水分子也会在电场作用下发生电解反应生成氢气，还有水分与铁发生的化学反应，也会产生大量的氢气。因此，变压器内部进水受潮时，氢气的含量会比较高。
结语
总而言之，用色谱分析法判断变压器内部是否有故障，可以直接从绝缘油中分析气体各特征气体浓度的大小，因为各特征气体浓度有明确规定的标准值，通过对变压器油色的辨识分析，能够维持机器设备的正常工作进程，能够提前发现变压器中潜在的故障，保障电力系统的稳定运行。
参考文献
[1]张奇.天津滨海地区变压器油色谱检测技术与应用分析[D].天津大学，2013.
[2]张勇.基于油中溶解气体分析的变压器在线监测与故障诊断[D].华北电力大学，2014.
作者简介
薛嫣（1974.10—），女，山西临汾人，武汉大学发电厂及电力系统，助理工程师，单位：国网山西电力公司临汾供电公司
论文作者:薛嫣
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：变压器论文; 故障论文; 气体论文; 色谱论文; 氢气论文; 发生论文; 甲烷论文; 《电力设备》2017年第33期论文;