摘要：对变压器故障诊断的油色谱分析方法进行了综述，首先分析了电力变压器的常见故障，给出了变压器运行状态的主要测试与监测手段，然后着重介绍了一种变压器故障的综合监测判断方法—油色谱分析法。其中重点讨论了基于专家系统的故障诊断方法和基于神经网络的故障诊断方法。最后，进一步探讨了基于油色谱分析进行变压器故障诊断的前景，以及需要解决的问题。
关键词：变压器；油色谱分析；故障诊断；神经网络
电力变压器是电力系统的枢纽设备，在变电站中，主变压器能否安全可靠运行，直接关系到电网的安全运行。要使主变压器安全运行，提高供电可靠率，除了应选用技术过硬、产品质量好的变压器以外，关键是要不断提高主变压器的运行、维护、检修水平。而故障诊断技术则为此提供了一种有效的手段。
一、变压器常见故障
变压器在运行中，常常会因各种原因而发生故障，影响整个电力系统的正常运转，其常见故障基本有一下几类：由散热不及时引起的绕组故障；由密封不良或管套污物未清理引起的套管故障；由硅片绝缘性失灵引起的铁芯过热或铁芯两点接地；由各种原因造成的变压器自动跳闸甚至起火；由变压器短路或显著变形导致的瓦斯保护故障。
二、变压器油色谱分析与故障诊断
变压器正常运转时，由于电和热的作用，变压器油和固体绝缘材料会逐渐老化并分解出少量气体，主要为氢、甲烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等。一旦变压器内部出现故障，这些气体会急剧增加，形成气泡溶解于油中，当分解量大于溶解量，就会有气体进入继电器，积累到一定程度，会引起继电器动作，因此，对油内可溶性气体的分析可以判断变压器运行状态以及故障变压器的故障原因。
变压器油色谱分析利用气相色谱仪对油中分离出的气体进行分析，根据测得的变压器油中溶解的各种气体含量，推测其运行状态，判断出其内部是否发生故障以及故障类型，进而及时发现问题、准确处理。这一方法速度快、精确度高、适用性强。
三、变压器故障的分析与判断
3.1故障性质的判断
根据所产生的特征气体组分来判断故障的性质。
①产气以H2为主：主要是受潮；
②产气总烃以CH4为主，并伴有H2产生：属低能量、低密度的局部放电；
③产气有C2H2发生：为电弧放电和火花放电所致；
④产气总烃以C2H4为主：为过热性故障所致。
3.2故障严重程度的判断
根据油色谱分析用试验数据，可以判断故障严重程度。如根据产生的特征气体各组分含量的多少，可判断故障的严重程度。当特征气体超过5倍注意值时，可判断为严重故障。
3.3故障类型的分析判断
对以上故障类型的判断方法通常采用三比值法。具体方法如下：
三比值法是选用五种特征气体，即H2和四种烃类气休分别构成比值，将这些比值以不同的编码表示构成编码组，如表2所示。再将故障类型和性质与编码组形成对应关系，用此编码组来分析判定故障类型。（这些数据均由计算机内部分析并自动显示结果）。
3.4造成误判断的非故障原因
在故障分析判断时，需要注意气体是故障性来源，还是非故障性来源，往往非故障性气体的来源会带来误判，为此需要十分注意变压器的安装及运行情况条件，正确区分气体的来源，以免造成误判，经常造成误判的原因具体如下。
（1）属于变压器结构上的原因有：
①有载分接开关油室与变压器主体间连通发生内渗，造成C2H2单纯性增长的误判，此时其它烃类气体较少。
②使用不稳定的绝缘材料，早期分解使CO或H2含量发生单纯性增长。
③全密封箱沿焊死结构变压器.在制造加工时箱沿焊装造成的箱沿槽内变压器油裂解，渗入油箱内致使油中C2H2、H2超标。
（2）属于安装、运行、维护等的原因有：
①充N2运输时，N2不合格，含H2、CO等其它气体。
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②安装时脱气不净，未进行真空注油或者运行中系统不严而进了空气，引起气泡性放电，造成H2单纯性增长。
③抢修中带油补焊，使箱内油裂解，造成油中C2H2单纯性增长。
四、变压器故障评估
4.1故障判断
对于变压器故障性质的判断，可以根据气体组分，展开一系列的评估。即当变压器内部受潮时会产生氢气；低能量、密度条件下的放电，会产生氢气、甲烷；电弧、火花放电，会产生以乙烷为主的总炔类气体；当故障中伴有绝缘介质，就会产生一氧化碳、二氧化碳；当绝缘出现老化，或是变压器内部的油出现氧化时就会产生一氧化碳、二氧化碳；但这不是绝对的，还是要进行故障程度的分析。
4.2故障程度的分析
要想对于其故障程度进行分析，完全可以根据数据信息，即特征气体的组分含量，进行有效的判断。严重故障，是指特征气体，超过5倍注意值；故障发展的趋势，可以根据气体产气速率、含量进行分析。根据绝对产气速率，与注意值的大小比较，明确地掌握其发展形式，并合理地制定、调节检测周期，并实时进行观察。同时严重故障的判断，可以对其总烃的相对产气速率进行分析，得出结论。
4.3故障类型判断
综上所述，明确了故障类型，故障发生的行为，设备动作，以此为基础，就能判断故障类型了；将其故障类型的判断方法，总结为两种，即双比值法、三比值法。
4.3.1双比值法判定
通过双比值法，①能够判定过热性故障，方法可以采取乙烷、乙烯的比值判断，可以根据温度产气组分等方法进行判定；②对于放电故障、放电过热故障的判定，可以根据其故障产气组分比值，即乙烷、乙炔的比值进行判断；当比值超过3时，表示低能量放电，带有过热的故障；当比值没有超过3时，表明高能量放电，且带有过热的作用故障。③绝缘老化、绝缘故障的判定，可以根据二氧化碳与一氧化碳的比值进行判定，当比值超过7时，表明绝缘老化故障；当比值小于3时，表明属于故障范围；当比值在两者数据之间，表明绝缘正常。
4.3.2三比值法判定
通过乙炔与乙烯、甲烷与氢气、乙烯与乙炔的比值，判断其故障的出现。
采用三比值法，进行故障类型判断时，需要气体含量、产气速率，达到注意值时，才能使用该种方法进行故障的判断。
五、油色谱分析应用的注意事项
首先，即将投入工作的变压器油中被检测气体含量越小越好，一旦发现某种气体含量较高，应及时查明是否发生过例如注入变压器油前溶解性气体含量较高而未进行脱气、变压器安装过程中在外壳或油导管上做过焊接、变压器出场试调时油已经分解出气体等情况。
另外，当变压器故障排除重新投入使用时，如果油中的气体没有脱尽，会在设备运行中扩散并随脱气到油中，导致判断困难，因而一定要仔细检查，在瓦斯继电器工作之后立即取样，在放油检修时应再次取样分析，在处理故障时应将油枕和散热器中的油排放干净。
六、油色谱分析技术应用的意义
未来我国电力行业应朝着大机组、大容量、高电压等级的电网系统发展，这也对电力安全运作提出了更高的要求，而高压设备是电网正常工作的关键，对于保障社会生产生活具有重大意义。而油色谱分析使得变压器的检测和故障处理更为快速精确，保证了电力设备的稳定运行及整个电力系统的安全性。另一方面，随着科学技术的发展，油色谱的分析数据可以通过先进通讯技术迅速传递给分析中心，因此这一技术必将越来越发挥出重要作用。
总结
综上所述，通过对于油色谱分析技术在变压器故障诊断中应用的分析，发现该种故障分析的方法，不仅高效且检测时间短；但是操作人员一定要注意细节问题，注重其检测样的进样量，定性、定量重复性偏差的控制等，使其高精度、数据快速处理等的仪器功能得以正常发挥。
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论文作者:杨琳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：故障论文; 变压器论文; 比值论文; 气体论文; 色谱论文; 故障诊断论文; 方法论文; 《电力设备》2018年第31期论文;