电力变压器故障油色谱分析

电力变压器故障油色谱分析

    变压器油色谱分析技术已经成为发现油浸变压器早期故障隐患、故障后分析故障性质与部位等的有效手段之一，油浸变压器的状态检修完全能够以油色谱数据作为依据。

　　试验对变压器定期进行油色谱分析是非常必要也是非常重要的，它可以在不停电的情况下迅速有效地发现变压器内部的潜伏性故障及缺陷。特别是对过热性、放电性和绝缘破坏性故障等，不管故障发生在变压器的什么部位，都能很好地反映出来。气相色谱法也有一定的局限性，如很难判断故障的准确部位，甚至还会由于误判而造成不必要的检修。

　　1 油色谱分析的原理变压器大多采用油纸复合绝缘，当内部发生潜伏性故障时，油纸会因受热分解产生烃类气体。含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性，绝缘油随着故障点的温度升高依次裂解产生烷烃、烯烃和炔烃。在正常情况下，充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料，在过热或电的作用下会逐渐老化和分解，产生少量的低分子烃类气体和一氧化碳及二氧化碳气体，这些气体大部分溶解于油中。当充油电气设备内部存在潜伏性过热和放电性故障时，就会加快这些气体的产生速度，随着故障的发展，分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散，并不断溶解在油中。故障气体的组成及含量与故障类型和故障严重程度关系密切。因此，在变压器、互感器等充油设备运行过程中，定期做油的色谱分析，能尽早发现设备内部的潜伏性故障，以避免设备发生故障或造成更大的损失。

　　2 变压器故障类型分析变压器故障类型包括：过热、放电和绝缘受潮3种类型。

　　（1）设备绝缘性不好，起不到保护变压器的作用，有可能导致设备过热引起故障。起不到很好的保护设备的作用，导致绝缘材料迅速的分解。具体过热性的故障类型还可以分为裸金属过热和固体绝缘过热。

　　（2）放电性原因是设备内部出现了产生电的效应，分为高能量放电（电弧放电）、低能量放电（火花放电）和局部放电，这是按照生电效应的强弱划分为三种形式。下面介绍各自故障的特征：1）高能量放电（电弧放电）：高能量放电是指线圈匝间、层间绝缘击穿，过电压引起内部闪络，引线断裂 引起的闪络，分接开关飞弧和电容屏击穿等引起电弧放电故障。这类故障产气急剧，产气量大。其故障特征气体主要是乙炔（占总烃20%～70%）和氢气，其次是乙烯和甲烷。由于故障能量较大，所以总烃很高。如果涉及固体绝缘一氧化碳也相对较高；2）低能量放电（火花放电）：这是一种间歇性的放电故障。如铁心片之间、铁心接地不良、铁心与穿心螺丝接触不良等造成的电位悬浮放电。其主要气体成份也是乙炔和氢气，其次是乙烯和甲烷气体。但由于故障能量较小，一般总烃不太高；3）局部放电故障：常发生在油浸纸绝缘中的气体空穴内或悬浮带电体的空间内，该类放电产生的特征气体是氢气，其次是甲烷，当放电能量密度高时，也会产生少量的乙炔气体，一般不超过2%。无论是哪一种放电，只要有固体绝缘介入时，都会产生一氧化碳和二氧化碳气体。

　　（3）绝缘设备变质性能低下不能起到很好的保护作用时候，变压器会因此受潮出故障，这时候的特征气体变现为 H2 的含量比较高，其他特征气体的含量不会有太大明显的变化，但是这个时候要注意芳烃的含量，因为芳烃本身具有“抗析气”的特性，要考虑到不同牌号油的含有芳烃的多少是不相同的，作用在电场下所产生的气体含量也是不一样的，在分析诊断故障类型的时候要注意这些因素的存在。

　　3 变压器油色谱分析试验步骤与方法3.1 取油样方法一般对于变压器油色谱分析试验可在设备运行时进行取油样。取样前要保证设备不存在负压的状况。取油样使用的玻璃注射器必须经密封检查试验合格，取样时从设备下部的取样阀门取油样，在特殊情况下，也可以从其他取样部位取样，但是所取的油样必须能够代表油箱本体的油。设备上的取样阀门须完全符合全密封取样方式的要求。取样前要排除管路内的“死油”和空气，同时用设备本体中的油冲洗管路。取样时要防止气泡生成。对大油量的变压器取油样采用100mL玻璃注射器（记作B），采样量为50～80mL。整个过程要尽量隔绝空气。对于无较强油循环的设备，应充分考虑气体在油中扩散的影响，需在试验后隔一段时间后再进行取样。

　　3.2 脱气方法及取气方法脱气方法可采用机械振荡法。步骤如下：以5mL玻璃注射器A 作为贮气玻璃注射器，用少量试油冲洗器筒内壁1～2次后，取试油0.5mL，立即用橡胶封帽密封，插入双头针头，保持针头垂直向上。将注射器内的空气和试油缓缓排出，使试油充满注射器内壁缝隙而不致残存空气。将注射器B中的油样调节至40.0mL（V1），立即用橡胶封帽密封（密封前封帽内的空气用手动或是通过填充试油的方法挤出）。取5mL玻璃注射器（记作 C），用气体 N2 清洗 1～2 次，排除空气，准确抽取5.0mLN2，将 N2缓慢注入注射器B内。

　　将注射器 B放在振荡器的振盘上（注射器B的头部要比尾部高约5°），恒温定时。启动振荡器，持续振荡 20min，然后静止10min（室温在10℃以下时，振荡前，注射器B要进行适当的预热）。将注射器B取出，立即将注射器B中平衡气体采用微正压法转移到注射器A内。静置2min，读数 Vg（准确至 0.1mL）。

　　3.3 标样的制作仪器采用外标法进行标定。用1mL玻璃注射器D抽取已知组分浓度 Cis 的标准混合气 0.5ml（或 1mL）进行标定，记录各组分的峰面积 Ais （或峰高 his）。重复操作至少两次，标定的重复性应在其平均值的±2%以内，取平均值。

　　3.4 样品分析用1mL 玻璃注射器（记作D）从注射器A中准确抽取样品气体0.5mL（或 1mL），进样分析。量取所得色谱图上各组分的峰面积 Ais（或峰高his），重复脱气操作两次，取其平均值。仪器标定与样品分析所用进样注射器以及进样体积应相同。