变压器油色谱分析与故障诊断

    林丽兰

    摘 要：变压器作为电力设备工作运行的重要基础设备，其实际运行状态直接关系到电力系统运行的可靠性和安全性。文章主要对变压器油色谱分析与故障诊断进行了探究，旨在借助色谱分析方法对变压器故障进行诊断，以此提高变压器日常运行的安全可靠性，为电力系统平稳运行奠定坚实的基础。

    关键词：变压器油；色谱分析；故障诊断

    变压器油的色谱分析技术主要建立在油中所含溶解气体类别及其与变压器内部存在故障之间的对应联系所使用的故障诊断方法，通过运用气相色谱分析仪器，能够对油中所包含的气体进行分析和研究，并依照气体含量和组成成分对变压器是否存在异常情况加以判断，从而对其所存在的故障类型、发生部位、发展趋势以及严重程度进行及时诊断。

    1 变压器油色谱分析原理

    变压器油作为自石油内部中所分离出的矿物油，其所包含的绝缘成分主要包括矿物绝缘油以及石油当中所含的固体式有机绝缘物质。其中，矿物绝缘油内主要包含了烷烃、芳香族的不饱和烃以及环烃族的饱和烃[1]。而固体的有机绝缘物质则主要包含了纤维素。在变压器油的正常使用过程中，其内部所含有的绝缘油及其他绝缘物质会逐渐变质和老化，同时伴有氢气、乙烷、甲烷、乙炔、乙烯、一氧化碳以及二氧化碳等少量气体排出。一旦变压器的内部出现故障，则此类气体的释放量就会迅猛增长[2]。例如，当故障点处的温度处于较低范围时，甲烷在气体的释放比例中明显增长；当温度提升时，则乙烯和氢气的比例会急剧增长；当产生严重过热现象时，则会伴有乙炔气体产生。通常而言，我们将对故障诊断具有实际意义的气体，如H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO，CO2称作特征气体，而将CH4，C2H6，C2H4，C2H2，这4类气体的含量总和称作总烃，即C1+C2[3]。根据变压器油内部溶解的气体组分对故障类型进行判断的具体情况如表1所示。

    基于这种原理，技术人员通过对变压器运行过程中变压器油所含的气体含量和类型进行测定，则能够对变压器故障进行有效诊断。

    2 变压器油色谱分析方法

    2.1 变压器油采样

    在运用上述色谱分析法对变压器所存在的内部故障进行分析时，必须通过采样的方式，从变压器中取出适量的油体，在这一过程中，主要采取试管或注射器对变压器油进行采样。与此同时，还需将采集样品及时盛装在容器当中以供分析使用。此外，还需确保油样储存容器具备良好的清洁性，避免杂质对油样成分造成污染，从而影响到最终的检测分析效果。

    2.2 分离气体

    在完成上述操作后，需要将容器中所储备的变压器油置入到脱气设备内部，实现变压器油的气、液分离作业，然后才能够有针对性地对气体性质实施分析和检测，从而得出变压器内部有无故障问题出现的最终结果。

    2.3 鉴定器检测

    在对变压器油内部所含的气体实施检测的环节中，可采取专业的气相色谱仪对经过分离采集到的气体进行检测，得出气体中的化学成分以及构成类型等具体数据。同时，还需将得出的数据进行电子信息式的数据转化，并做好数据存档工作，在这一过程中，可借助现代化电子计算机及数据库实施对鉴定数据信息的存储，以便后续进行高效的故障分析和研究。

    2.4 判断故障类型

    根据经由鉴定器鉴定所得出的变压器油包含气体的类别和性质等数据信息，对变压器内部实际潜存的故障进行判断，同时，还需根据不同的故障类型采取有针对性的修复措施对故障问题进行及时修复，以此保障变压器的安全稳定运行。

    3 色谱分析在故障诊断中的应用

    3.1 产气特征

    一旦变压器内部发生故障问题，则变压器在运行过程中所释放的气体性质就会发生相应的改变，因此，技术人员能够依据气体性质及属性对变压器存在的故障进行有效的辨别。例如，在出现放电故障时，变压器油中会含有氢气，占比高于总量的90%；在高温故障时会释放甲烷及乙烯，在总烃含量占比中高于80%；在出现局部放电情况时，主要释放气体为氢气，次之為甲烷，通常而言，氢气在氢与总烃的占比中高达90%，而甲烷和总烃之比则高于90%。因此，针对变压器运行时所释放的不同气体特征能够对故障类型进行具体判断。

    3.2 产气速率

    考虑到变压器油内部包含可燃性气体，这就使得其在热环境及电厂环境中会发生自动分解，与此同时，气体的产生速率也会随之加快。因此，在对变压器内部的故障问题是否存在进行具体判断的过程中，需要依照变压器油内部的气体含量和气体增长速度两方面要素进行判断。若变压器内部确实存在故障，则在进行故障判断时，还需对变压器油中所包含的气体产生速率进行考量，并以此作为判断依据，对变压器故障进行更加科学合理地诊断。

    3.3 根据产气速率进行故障判断的方法

    （1）在对变压器有无故障存在进行判断的过程中，可依照变压器油中所包含的总烃含量与产气速率，并结合色谱分析方法对其故障类型加以判断。同时，依据色谱分析最终所得出的变压器后内部总烃绝对值和产气速率是否高于注意值进行故障诊断，以此判断变压器的实际运行状态。其中，注意值指的是变压器正常运行状态下，变压器油内部所含的各种气体类型及所占比例、产气速率等数据值。

    （2）当总烃绝对值高于注意值，却低于此数值的3倍，且总烃气体的释放速率低于注意值时，则变压器内部存在故障。考虑到此类故障蔓延趋势较为缓慢，因此可采取继续运行持续观察的方法进行下一步检修作业。

    （3）若总烃高于注意值，却低于注意值的3倍，且总烃气体的释放速率维持在注意值1～2倍的区间范围内时，则变压器内部存有故障，此时需缩短试运行周期，并对故障的发展趋势加以密切关注。

    （4）若总烃绝对值高于注意值的3倍，且总烃气体的释放速率也同样高于注意值的3倍时，则变压器存在严重的内部问题，并且发展迅速，此时则需要即刻采取相应的修复措施。

    4 实例解析

    2016年9月，某风力发电企业在1号风电场进行预防性试验时发现变压器油色谱分析出现异常情况，相较于2015年8月的色谱分析对比数据如表2所示。

    由表中所给出的数据信息我们能够发现，H2，CH4，C2H4与总烃在变压器油中的含量呈明显增长态势，这就说明故障点正在进一步恶化。而H2，C2H2的含量处于不断增长情况，则表明变压器发生高温过热或是放电类型的故障，且此故障气体中主要包含了CH4，C2H4这两种主导型气体，这就说明发生了过热或是接触不良类型的故障，而CO，CO2的含量增加，则表明此故障涉及固体式绝缘物质的受热分解情况。通过分析判断，发现此故障属于高温过热故障，主要表现为接头焊接不到位、夹件处螺钉发生松动、开关处接触不良、导线短路等情况。

    基于此种判断，检修人员有针对性地对这一类问题进行了检修，发现引起故障的成因是电阻不合格，即变压器的低压侧区域的套管式导电杆和引线接线处的铜排连接螺栓发生了松动，因此，通过更换导电杆和螺栓即可排除故障。在检修完成后，通过直流电阻的相关测试，确认故障排除后，即可投入使用。

    5 结语

    综上所述，本文主要以变压器油色谱分析原理为切入点，对变压器油色谱分析方法进行了研究，在此基础上探究了色谱分析在故障诊断中的应用，从而及时发现变压器运行的潜伏问题，以此保障电力系统的安全稳定运行。

    [参考文献]

    [1]李磊. 变压器油色谱分析与故障诊断[J]. 电气制造，2012（5）：28-32.

    [2]凌海峰，刘津浩，李志新.变压器油色谱分析与故障判断[J]. 液压气动与密封，2012（5）：46-50.