王延爽

摘 要：變壓器作為電力系統(tǒng)設(shè)備中重要組成設(shè)備之一，對保證各電氣設(shè)備的正常運行起到了重要作用。在電力系統(tǒng)的各種電氣設(shè)備中，變壓器是其重要的組成部分。油中溶解氣體分析法能夠?qū)ψ儔浩髟缙诠收线M行準(zhǔn)確診斷，有效減少了設(shè)備的事故停用率，文章主要針對DGA（油中溶解氣體分析）技術(shù)進行了概述，并著重分析討論了其故障診斷原理。

關(guān)鍵詞：油中溶解氣體；變壓器；故障分析；診斷

作為電力系統(tǒng)各電氣設(shè)備的重要組成，變壓器被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個部位。變壓器內(nèi)部的絕緣材料以及絕緣油在運行中會受到電流作用的影響，并在電熱環(huán)境下發(fā)生變化，逐漸分解老化，在這一過程中會產(chǎn)生含有甲烷、乙烷、乙炔、乙烯以及氫氣、一氧化碳、二氧化碳等成分的氣體。但是若是變壓器發(fā)生故障則油氣含量會發(fā)生變化，在變壓器故障過程中，絕緣油分解量會不斷加大，當(dāng)分解產(chǎn)生的氣體含量超過溶解量時，便會有游離狀態(tài)氣體被釋放出來。通過大量的實踐，變壓器在出現(xiàn)故障的初期都會出現(xiàn)一些代表性的現(xiàn)象，該類現(xiàn)象被稱為早期跡象，因此對變壓器絕緣油溶解氣體含量進行分析能夠及時發(fā)現(xiàn)變壓器故障。

1 氣體成分的分析

變壓器內(nèi)部絕緣材料在分解時會產(chǎn)生二十余種可燃?xì)怏w以及非可燃?xì)怏w。所以分析氣體的對象選定極為重要，只有選定必要對象才能準(zhǔn)確判斷變壓器出現(xiàn)的內(nèi)部故障。目前我國在其分析對象的確定上還尚未統(tǒng)一，按照相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，分析對象至少為七種氣體，一般為八種至九種。當(dāng)變壓器發(fā)生故障，其特征氣體主要有以下幾種：氮氣、洋氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔以及氫氣、二氧化碳、一氧化碳。上述九種氣體作為主要的故障分析氣體對象的原因在于：（1）氧氣能夠表示出脫氣程度以及設(shè)備密封性能的好壞；（2）對氮氣進行分析主要為了對其飽和程度進行了解；（3）二氧化碳分析則能夠充分了解設(shè)備平均溫度高低，以及掌握固體絕緣材料的老化程度如何；（4）一氧化碳則是判斷固體絕緣材料是否出現(xiàn)熱分解的重要依據(jù)；（5）而乙烷、甲烷以及乙烯的分析能夠掌握熱源溫度；（6）乙炔則能夠表示出高溫?zé)嵩匆约胺烹姴课弧?/p>

2 變壓器故障同氣體關(guān)系

變壓器故障主要分為兩種，一種是電性故障，一種則是熱性故障。對油中氣體進行分析能夠充分了解故障點四周絕緣紙以及絕緣油的電分解本質(zhì)和熱分解本質(zhì)。故障類型不同、故障能量不同以及絕緣材料的不同都會造成氣體特征的差異，即故障點能量密度同所產(chǎn)生的氣體不飽和度有著密切聯(lián)系。例如，電性故障中，高能量放電同低能量放電所產(chǎn)生的特征氣體就不同，高能量放電中，特征氣體為乙炔以及氫氣，低能量放電故障所產(chǎn)生的氣體主要成分則是甲烷和氫氣；而熱性故障則會產(chǎn)生乙烯和甲烷。

3 診斷故障的方法

3.1 嚴(yán)重程度的診斷

在對早期變壓器故障進行診斷分析時，不但要將氣體的含量作為主要的診斷標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)充分考慮設(shè)備故障時的產(chǎn)氣率，產(chǎn)氣率可以作為變壓器內(nèi)部出現(xiàn)的故障發(fā)展趨勢的主要依據(jù)。在實際的故障分析中，主要的故障判定依據(jù)為有種溶解的氣體含量以及產(chǎn)生氣體的速率作為主要依據(jù)，若是其值超過注意值那么則判定變壓器內(nèi)部存在故障。對變壓器進行早期故障診斷時，除考慮氣體含量外，還需考慮氣體的產(chǎn)氣率，根據(jù)產(chǎn)氣速率來判斷變壓器內(nèi)部故障的發(fā)展趨勢。實際分析時，是以油中溶解氣體含量和產(chǎn)氣速率都超過其注意值時，判定為存在故障。絕對產(chǎn)氣率可以通過以下公式得出：

Ra=[（Ci2-Ci1）/△t]m/ρ （1）

上述公式中，Ra表示絕對產(chǎn)氣率，單位為mL/d；Ci1表示第一次取樣中氣體的組分濃度值，單位為μL/L；Ci2則表示第二次取樣中氣體的組分濃度值，單位為μL/L；△t則為兩次取樣的設(shè)計間運行時間，單位為d；m是變壓器油量的總值，單位為t；ρ則是油的密度，單位t/m3。上述計算公式中忽略了逸散損失的氣體量，但是在開放式變壓器中的產(chǎn)氣率計算中，逸散損失的氣體含量必須予以考慮，因此上述公式僅適用于隔膜密封式以及逼瘋油箱式變壓器產(chǎn)氣率的計算。

絕對產(chǎn)氣率對于故障的標(biāo)示計算操作步驟簡單方便，且能夠直接對故障的性質(zhì)以及發(fā)展程度進行反映，因此在實際的變壓器故障分析應(yīng)用中，該種方式應(yīng)用較為廣泛，且結(jié)果較為準(zhǔn)確。

3.2 如何診斷故障類型

3.2.1 三比值法。該種方法主要是通過對三對比值對三種特征氣體進行對比分析，將不同的比值及其范圍進行編碼，用以對變壓器產(chǎn)生故障進行判斷。其編碼方式如下：（1）乙炔/乙烯的氣體比值范圍小于0.1時，其編碼為0；比值范圍為0.1～1時編碼為1；比值范圍大于1小于3時，編碼為1；比值范圍大于3則編碼為2。（2）甲烷/氫氣。當(dāng)比值范圍小于0.1，則編碼為1；比值范圍為0.1～1時編碼為0；比值范圍大于1小于3時，編碼為2；比值范圍大于3則編碼為2。（3）乙烯/乙烷。當(dāng)比值范圍小于0.1，則編碼為0；比值范圍為0.1～1時編碼為0；比值范圍大于1小于3時，編碼為1；比值范圍大于3則編碼為2。

對于故障類型的判斷方法分析如下：

（1）低溫過熱，且低溫低于150℃，上述氣體的編碼按照順序分別為0，0，1；

（2）低溫過熱，即低溫范圍為150至300℃之間，上述氣體編碼按順序分別為0，2，0；

（3）中溫過熱，即溫度范圍大于300℃小于700℃，編碼分別為0，2，1；

（4）高溫過熱，即溫度高于700℃，此時編碼為0，0、1、2，2；

（5）局部放電，出現(xiàn)該類故障時，編碼分別為0，1，0；

（6）低能放電，編碼為2，0、1，0、1、2；

（7）低能放電且過熱，該故障時編碼為2，2，0、1、2；

（8）電弧放電，此時編碼分別是1，0、1，0、1、2；

（9）電弧放電且過熱，故障編碼分別是1，2，0、1、2。

需要注意的是，只有氣體以及產(chǎn)氣率超標(biāo)才能使用該方法判斷故障，若是上述指標(biāo)正常，則無法通過該方式進行故障判斷。

3.2.2 三比值法的不足。此方法可以簡單、有效的判斷變壓器的故障，但在實際應(yīng)用中也存在一些不足。例如“編碼盲點”問題，對于有些編碼，找不到對應(yīng)的故障；對于復(fù)合故障的判別，也不令人滿意；而且，三比值法只能大致判斷出故障的性質(zhì)，無法確定故障發(fā)生的部位，因而無法提出具有針對性的維修措施以迅速排除故障。

4 變壓器故障診斷步驟

根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行內(nèi)部故障診斷時，應(yīng)按如下思路進行診斷：判斷有無故障；判斷故障類型：如低溫過熱、高能量發(fā)電等；診斷故障的狀況：故障功率、故障源面積、故障點部位、嚴(yán)重程度等；提出處理措施：如能否正常運行，繼續(xù)運行能否保證設(shè)備本身的安全性，或是否需要停運檢修等。當(dāng)通過氣相色譜儀分析得出油中氣體含量數(shù)據(jù)之后，建議按圖1進行變壓器內(nèi)部狀況的診斷。

5 結(jié)束語

油中溶解氣體分析的目的是用來檢測變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障，了解故障發(fā)生的原因、類型和嚴(yán)重程度，并預(yù)測設(shè)備的未來狀態(tài)。但造成油中溶解氣體增長的原因多種多樣，如有時油中故障特征氣體的產(chǎn)生與運行和檢修有關(guān)。所以，根據(jù)氣體分析判斷變壓器可能存在故障時，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他相關(guān)實驗以及運行檢修進行準(zhǔn)確判斷，并綜合外部檢查等手段。不僅能夠有效明確故障的確切類型，同時也能夠找出故障點。

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