林麗蘭

摘 要：變壓器作為電力設(shè)備工作運行的重要基礎(chǔ)設(shè)備，其實際運行狀態(tài)直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。文章主要對變壓器油色譜分析與故障診斷進行了探究，旨在借助色譜分析方法對變壓器故障進行診斷，以此提高變壓器日常運行的安全可靠性，為電力系統(tǒng)平穩(wěn)運行奠定堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：變壓器油；色譜分析；故障診斷

變壓器油的色譜分析技術(shù)主要建立在油中所含溶解氣體類別及其與變壓器內(nèi)部存在故障之間的對應(yīng)聯(lián)系所使用的故障診斷方法，通過運用氣相色譜分析儀器，能夠?qū)τ椭兴臍怏w進行分析和研究，并依照氣體含量和組成成分對變壓器是否存在異常情況加以判斷，從而對其所存在的故障類型、發(fā)生部位、發(fā)展趨勢以及嚴重程度進行及時診斷。

1 變壓器油色譜分析原理

變壓器油作為自石油內(nèi)部中所分離出的礦物油，其所包含的絕緣成分主要包括礦物絕緣油以及石油當中所含的固體式有機絕緣物質(zhì)。其中，礦物絕緣油內(nèi)主要包含了烷烴、芳香族的不飽和烴以及環(huán)烴族的飽和烴[1]。而固體的有機絕緣物質(zhì)則主要包含了纖維素。在變壓器油的正常使用過程中，其內(nèi)部所含有的絕緣油及其他絕緣物質(zhì)會逐漸變質(zhì)和老化，同時伴有氫氣、乙烷、甲烷、乙炔、乙烯、一氧化碳以及二氧化碳等少量氣體排出。一旦變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)故障，則此類氣體的釋放量就會迅猛增長[2]。例如，當故障點處的溫度處于較低范圍時，甲烷在氣體的釋放比例中明顯增長；當溫度提升時，則乙烯和氫氣的比例會急劇增長；當產(chǎn)生嚴重過熱現(xiàn)象時，則會伴有乙炔氣體產(chǎn)生。通常而言，我們將對故障診斷具有實際意義的氣體，如H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO，CO2稱作特征氣體，而將CH4，C2H6，C2H4，C2H2，這4類氣體的含量總和稱作總烴，即C1+C2[3]。根據(jù)變壓器油內(nèi)部溶解的氣體組分對故障類型進行判斷的具體情況如表1所示。

基于這種原理，技術(shù)人員通過對變壓器運行過程中變壓器油所含的氣體含量和類型進行測定，則能夠?qū)ψ儔浩鞴收线M行有效診斷。

2 變壓器油色譜分析方法

2.1 變壓器油采樣

在運用上述色譜分析法對變壓器所存在的內(nèi)部故障進行分析時，必須通過采樣的方式，從變壓器中取出適量的油體，在這一過程中，主要采取試管或注射器對變壓器油進行采樣。與此同時，還需將采集樣品及時盛裝在容器當中以供分析使用。此外，還需確保油樣儲存容器具備良好的清潔性，避免雜質(zhì)對油樣成分造成污染，從而影響到最終的檢測分析效果。

2.2 分離氣體

在完成上述操作后，需要將容器中所儲備的變壓器油置入到脫氣設(shè)備內(nèi)部，實現(xiàn)變壓器油的氣、液分離作業(yè)，然后才能夠有針對性地對氣體性質(zhì)實施分析和檢測，從而得出變壓器內(nèi)部有無故障問題出現(xiàn)的最終結(jié)果。

2.3 鑒定器檢測

在對變壓器油內(nèi)部所含的氣體實施檢測的環(huán)節(jié)中，可采取專業(yè)的氣相色譜儀對經(jīng)過分離采集到的氣體進行檢測，得出氣體中的化學成分以及構(gòu)成類型等具體數(shù)據(jù)。同時，還需將得出的數(shù)據(jù)進行電子信息式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，并做好數(shù)據(jù)存檔工作，在這一過程中，可借助現(xiàn)代化電子計算機及數(shù)據(jù)庫實施對鑒定數(shù)據(jù)信息的存儲，以便后續(xù)進行高效的故障分析和研究。

2.4 判斷故障類型

根據(jù)經(jīng)由鑒定器鑒定所得出的變壓器油包含氣體的類別和性質(zhì)等數(shù)據(jù)信息，對變壓器內(nèi)部實際潛存的故障進行判斷，同時，還需根據(jù)不同的故障類型采取有針對性的修復措施對故障問題進行及時修復，以此保障變壓器的安全穩(wěn)定運行。

3 色譜分析在故障診斷中的應(yīng)用

3.1 產(chǎn)氣特征

一旦變壓器內(nèi)部發(fā)生故障問題，則變壓器在運行過程中所釋放的氣體性質(zhì)就會發(fā)生相應(yīng)的改變，因此，技術(shù)人員能夠依據(jù)氣體性質(zhì)及屬性對變壓器存在的故障進行有效的辨別。例如，在出現(xiàn)放電故障時，變壓器油中會含有氫氣，占比高于總量的90%；在高溫故障時會釋放甲烷及乙烯，在總烴含量占比中高于80%；在出現(xiàn)局部放電情況時，主要釋放氣體為氫氣，次之為甲烷，通常而言，氫氣在氫與總烴的占比中高達90%，而甲烷和總烴之比則高于90%。因此，針對變壓器運行時所釋放的不同氣體特征能夠?qū)收项愋瓦M行具體判斷。

3.2 產(chǎn)氣速率

考慮到變壓器油內(nèi)部包含可燃性氣體，這就使得其在熱環(huán)境及電廠環(huán)境中會發(fā)生自動分解，與此同時，氣體的產(chǎn)生速率也會隨之加快。因此，在對變壓器內(nèi)部的故障問題是否存在進行具體判斷的過程中，需要依照變壓器油內(nèi)部的氣體含量和氣體增長速度兩方面要素進行判斷。若變壓器內(nèi)部確實存在故障，則在進行故障判斷時，還需對變壓器油中所包含的氣體產(chǎn)生速率進行考量，并以此作為判斷依據(jù)，對變壓器故障進行更加科學合理地診斷。

3.3 根據(jù)產(chǎn)氣速率進行故障判斷的方法

（1）在對變壓器有無故障存在進行判斷的過程中，可依照變壓器油中所包含的總烴含量與產(chǎn)氣速率，并結(jié)合色譜分析方法對其故障類型加以判斷。同時，依據(jù)色譜分析最終所得出的變壓器后內(nèi)部總烴絕對值和產(chǎn)氣速率是否高于注意值進行故障診斷，以此判斷變壓器的實際運行狀態(tài)。其中，注意值指的是變壓器正常運行狀態(tài)下，變壓器油內(nèi)部所含的各種氣體類型及所占比例、產(chǎn)氣速率等數(shù)據(jù)值。

（2）當總烴絕對值高于注意值，卻低于此數(shù)值的3倍，且總烴氣體的釋放速率低于注意值時，則變壓器內(nèi)部存在故障?？紤]到此類故障蔓延趨勢較為緩慢，因此可采取繼續(xù)運行持續(xù)觀察的方法進行下一步檢修作業(yè)。

（3）若總烴高于注意值，卻低于注意值的3倍，且總烴氣體的釋放速率維持在注意值1～2倍的區(qū)間范圍內(nèi)時，則變壓器內(nèi)部存有故障，此時需縮短試運行周期，并對故障的發(fā)展趨勢加以密切關(guān)注。

（4）若總烴絕對值高于注意值的3倍，且總烴氣體的釋放速率也同樣高于注意值的3倍時，則變壓器存在嚴重的內(nèi)部問題，并且發(fā)展迅速，此時則需要即刻采取相應(yīng)的修復措施。

4 實例解析

2016年9月，某風力發(fā)電企業(yè)在1號風電場進行預防性試驗時發(fā)現(xiàn)變壓器油色譜分析出現(xiàn)異常情況，相較于2015年8月的色譜分析對比數(shù)據(jù)如表2所示。

由表中所給出的數(shù)據(jù)信息我們能夠發(fā)現(xiàn)，H2，CH4，C2H4與總烴在變壓器油中的含量呈明顯增長態(tài)勢，這就說明故障點正在進一步惡化。而H2，C2H2的含量處于不斷增長情況，則表明變壓器發(fā)生高溫過熱或是放電類型的故障，且此故障氣體中主要包含了CH4，C2H4這兩種主導型氣體，這就說明發(fā)生了過熱或是接觸不良類型的故障，而CO，CO2的含量增加，則表明此故障涉及固體式絕緣物質(zhì)的受熱分解情況。通過分析判斷，發(fā)現(xiàn)此故障屬于高溫過熱故障，主要表現(xiàn)為接頭焊接不到位、夾件處螺釘發(fā)生松動、開關(guān)處接觸不良、導線短路等情況。

基于此種判斷，檢修人員有針對性地對這一類問題進行了檢修，發(fā)現(xiàn)引起故障的成因是電阻不合格，即變壓器的低壓側(cè)區(qū)域的套管式導電桿和引線接線處的銅排連接螺栓發(fā)生了松動，因此，通過更換導電桿和螺栓即可排除故障。在檢修完成后，通過直流電阻的相關(guān)測試，確認故障排除后，即可投入使用。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要以變壓器油色譜分析原理為切入點，對變壓器油色譜分析方法進行了研究，在此基礎(chǔ)上探究了色譜分析在故障診斷中的應(yīng)用，從而及時發(fā)現(xiàn)變壓器運行的潛伏問題，以此保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

[參考文獻]

[1]李磊. 變壓器油色譜分析與故障診斷[J]. 電氣制造，2012（5）：28-32.

[2]凌海峰，劉津浩，李志新.變壓器油色譜分析與故障判斷[J]. 液壓氣動與密封，2012（5）：46-50.endprint