浅谈油色谱分析在变压器故障诊断中的应用.doc

浅谈油色谱分析在变压器故障诊断中的应用摘要：本文介绍了变压器油中溶解气体分析原理，油中气体的来源以及判断变压器故障性质、类型的常用方法。关键词：变压器、色谱、气体、故障1、 前言变压器是电力系统中主要设备之一，目前，国内电力系统使用的大型变压器多为油浸式变压器，其内部变压器油和固体绝缘材料由于受电场、热、湿度、氧等因素的影响，会逐渐老化、分解，产生少量的氢、低分子烃类气体、一氧化碳和二氧化碳等气体，且大部分溶解在油中。当变压器内部存在潜伏性故障或故障加剧时，油中溶解气体数量会相应增加，最终造成瓦斯保护动作。因此通过对油中溶解气体的色谱分析可以了解设备的内部绝缘状况，能及早地发现设备内部潜伏性故障，预防因故障进一步发展而造成的设备损坏，这种方法已经在电力系统中得到广泛的重视和应用。2、气相色谱法的原理 色谱是一种物理的分离技术，色谱分离技术是利用两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相为固定相，另一相为推动混合物流过固定相的流动相，当流动相中所含有的混合物经过固定相时，就会与固定相发生相互作用，由于各组分在性质与结构上的不同，相互作用力的大小强弱也有差异，因此在同一推动力作用下在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出。气相色谱法是色谱的一种，它是以气体为流动相，采用冲洗法的柱色谱分离技术。3、 气相色谱法的分析对象根据充油电气设备内部故障诊断的需要，变压器油中溶解气体组分分析的对象一般包括永久性气体和气态烃，永久性气体有H2、O2、N2、CO、CO2，气态烃有CH4、C2H6、C2H4、C2H2，共9个组分，我厂分析变压器油中溶解气体组分是H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2，共7个组分。4、 变压器油中溶解气体的来源4.1 空气的溶解正常变压器油中气体含量与空气溶解形成平衡状态后，油中的含气量的主要成份是： O2 为28左右，N2为71左右，CO2为0.3左右，另外还有较微量的烃类气体。4.2 正常运行下产生的气体正常运行中变压器内部绝缘油和固体绝缘材料由于受到电场、热、湿度、氧的作用，随运行时间而发生速度缓慢的老化现象，会产生少量的氢，低分子烃类气体和碳的氧化物等。其中，CO、CO2成分最多，其次是H2和烃类气体。4.3 故障运行下产生的气体 4.3.1 过热故障 过热故障产生的气体主要是甲烷与乙烯，而乙烯是主导成分。若涉及固体绝缘材料，则会产生较多的CO、CO2。若无CO、CO2，就可能属裸金属局部过热性故障。 4.3.2 放电故障（1）高能量放电故障。又称电弧放电故障。这种故障产气量大、气体产生剧烈，运用测定油中溶解气体的方法不易对其进行预诊断，往往是在出现故障（如：变压器轻瓦斯发信）后，我们才可根据油中气体、瓦斯成分的分析，对变压器故障的性质和严重程度进行诊断。高能量放电故障气体主要是乙炔和氢，其次是乙烯和甲烷；若涉及固体绝缘，CO的含量也较高。（2） 低能量放电故障。一般是电火花放电，其故障气体主要是乙烯和氢。由于其故障能量较小，总烃一般不会高。（3） 局部放电故障。其产气特征是氢组分最多（占氢烃总量的85以上），其次是甲烷。4.3.3 受潮故障 其产气特征是产生大量的氢气。5、 变压器故障诊断的常用方法5.1 有无故障的诊断（1）将故障特征气体含量与油中溶解气体含量的注意值进行比较。若气体浓度达到注意值（总烃、氢注意值均为150l/L，乙炔的注意值为5l/L），就应引起注意，加强跟踪分析，查明原因。（2）虽然注意值在反映故障的概率上有一定的可参考性，但由于受到油中气体含量、变压器容量、运行方式、运行年限等相关因素的影响，仅仅根据注意值的分析结果还难以正确诊断变压器故障的严重性，绝不能作为划分设备有无故障的唯一标准。在此基础上，还应考查特征气体的产气速率。产气速率与故障能量大小、故障部位以及故障点温度等情况直接相关。通过测定故障气体产气速率，便可对变压器内部状况做进一步的诊断。（3）为弄清气体产生的真正原因，避免非故障原因所带来的误判断，在变压器故障诊断时，我们还应全面了解所诊断变压器的结构、制造、安装和运行、检修以及辅助设备等诸多方面的情况，结合色谱分析数据进行综合分析，以便正确诊断变压器有无故障。 5.2 诊断变压器故障类型 5.2.1 根据所产生的特征气体组分来判断故障的类型（1）产气以H2为主：多为油纸绝缘受潮。（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。（5）产气中CO和CO2含量明显增长：应结合总烃含量是否超标来综合判断。5.2.2 用三比值法进行判断故障类型三比值法的原理是根据设备内油在故障下裂解产生气体组分的含量与温度的互相依赖关系，从五种特征气中选用两种溶解度和扩散系数相近的气体组分组成三对比值，即用C2H2/ C2H4、CH4/ H2、C2H4/ C2H6这三个特征气体的比值以不同的编码表示构成编码组，再将故障类型和性质与编码组形成对应关系。这种方法是判断设备故障类型的主要方法，并可以得出对故障状态较为可靠的诊断。具体如何用编码组来分析判定故障类型见表1、表2。表1 三比值法编码规则表表2 故障性质对照表6、 实例分析下面以我厂#6炉#3整流变为例，谈谈如何利用油色谱分析法诊断变压器故障。6.1 分析数据#6炉#3整流变自投入运行以来，每年对其进行一次油中溶解气体的色谱分析。该变压器投运至2007年5月，油中溶解气体的色谱分析未发现内部有异常，2008年10月15日对该变压器进行色谱分析时发现，变压器油中总烃和乙炔含量均超出注意值。具体数据见下表3： 表3 #6炉#3整流变色谱分析数据 （单位：l/L）6.2数据分析及判断故障类型（1）首先将油中总烃、乙炔和氢的含量与注意值进行比较，发现总烃、乙炔含量超过了注意值（根据电力设备预防性试验规程规定油中溶解气体含量的注意值是：总烃150l/L，乙炔5l/L）。说明该设备内部可能存在故障。（2） 再根据所产的特征气体组分来看，其产气以乙炔和乙烯为主，其次是氢和甲烷，因此判断故障的性质可能为电弧放电和火花放电所致。（3） 根据表3数据算出2007年5月10日至2008年10月15日总烃绝对产气速率为：ra（Ci2-Ci1）/t（G/d）0.02 ml/h。未超出总烃绝对产气速率注意值（总烃绝对产气速率注意值为0.5 ml/h）。再根据表3数据发现2008年10月15日、10月21日、11月2日这三次分析结果无明显上升趋势。因此，说明该设备内部故障发展速度不快。（4） 采用三比值法来判断，若用2008年10月15日分析数据，其三组比值分别为：C2H2/ C2H4 1.15、CH4/ H2 0.97、C2H4/ C2H611.18，根据数据查本文5.2.2节的表1、表2，可查得该变压器内部存在高能量的放电型故障。若用2010年6月23日分析数据，其三组比值分别为：C2H2/ C2H4 0.90、CH4/ H2 0.3、C2H4/ C2H69.53，根据数据查本文5.2.2节的表1、表2，可查得该变压器内部也是存在高能量的放电型故障。 6.3 处理措施 （1）检修部门应对该设备作全面检查。（2）应加强对该设备的油色谱分析，若发现产气速率超出注意值，则应停运检修。 （3）运行部门应加强对该设备监护。七、结束语通过实践证明，油色谱分析方法是行之有效的，但是需要做到对油中溶解气体分析、判断方法的深入了解和准确掌握，并且必须结合电气试验，设备运行、检修等情况进行综合分析，这样才能发挥油色谱分析方法在发现隐患和正确诊断中的重要作用。参考文献（1）电力用油（气） 电力行业油、气分析检验人员考核委员会 1996年6月（2）GB72522001，变压器油中溶解气分析和判断标准