基于油色谱分析变压器故障及其应对措施研究

张世杰

（大唐阳城发电有限责任公司，山西 晋城 048102）

一、变压器油色谱检测方法的分析

（一）油色谱检测的含义

首先，我们要明确变压器油色谱检测的含义，它主要是指根据变压器中的油所溶解的气体成分在流动相和固定相中分配比例以及微小的差异这两项指标，然后来判断变压器是否出现了故障。在这两个不同相中，分别有不同的介质并使这两种介质做相对运动，然后使油中溶解气体通过这两种相里的介质，让分析气体多次经过两相，这样经过几次的运动之后，会产生微小差异的的积累，最终会形成分析气体组分之间在运动时产生的较为明显的差异，可以利用这个对分析气体进行分离并进行含量检测。

（二）油色谱检测的基本过程

油色谱检测的基本过程具体采用的是气相色谱仪，它的结构系统包括采集信息系统、气体循环系统、分离气体系统、控制温度系统、检测记录系统，它的系统结构和工作流程可以用图表示出来，如图1所示。

二、油色谱检测变压器中的故障

（一）变压器出现故障时油色谱检测下的气体特征

变压器的内部构造决定了变压器所能溶解的气体种类和数量，变压器内的油分子是化学键连接、分离来产生作用的，这种化学键使得变压器中的油分产生各种产物。变压器正常运行时，它所散发的能量不能将化学键破坏，但是变压器一旦出现故障，故障发生时会产生能量，这些能量由于温度过高或电力过足，使得变压器内的油分解产生各种氢气和一些低分子，随着温度的不断增高、受热时间增长、放出的电量不断加大，这些低分子和氢气会产生较高的不饱和度，加快产生破坏化学键的物质能量，同时，故障区域的固体绝缘体因为高能量、高热量而发生了分解断裂，化学键断裂产生碳类化合物，这些碳类化合物含有较多的水分，一旦进入变压器内，就会导致变压器受潮进而发生局部放电的现象，生成氢气。以上是对变压器出现故障时的气体特征的一个总述，下面来具体分析变压器在不同故障下气体所呈现的特征。

1 变压器过热时故障中油气的特征

变压器在运行过程中由于时间过长而使内部局部部分过热，从而造成变压器内的绝缘体性能下降，绝缘介质恶化速度加快，绝缘材料发生分解裂化的现象。过热故障也分为不同的等级程度，各种过热温度等级下产生的烃类气体含量是不同的，且产生的化学气体也是不同的。轻度过热下，只会出现一些烃类气体并且固体绝缘体不会发生分解裂化的现象，而随着热量的增加和温度的升高，除了会产生一些小分子烃类之外，还会产生一些碳类化合物，如一氧化碳、二氧化碳等，使变压器内产生潮湿状况，造成变压器内线圈短路故障和固体绝缘体分解状况。

2 放电故障时油气的特征

放电故障主要是指变压器设备内部产生的放电现象，放电导致变压器内的绝缘体性能恶化，放电能量级别不同，发生部位和产生后果也不同，低能量放电属于间歇性放电，高能量放电冲击力较大，能击穿固体绝缘体，而局部放电能量密度最低，常常发生在空气缝隙和磁悬浮带电体等位置。电弧放电经常发生在线圈匝间并会击穿固体绝缘层，这种放电能量较大、密度高，产生大量特征气体但是发生的时间较短且放电前的征兆不明显，色谱仪对此检测难度较大，变压器内部发生电弧放电时，油中溶解气体主要是一些烃类气体，由于电弧放电持续时间短，特征气体没有充足的时间溶解到变压器的油分中；火花放电是低能量放电的表现形式，产生的气体也主要是烃类气体，也会引发一氧化碳和二氧化炭的产生；局部放电是由于绝缘体较为薄弱且电场分布不均衡从而导致重复性击穿，主要产生的气体是氢气和烃类气体。

图1 气象色谱仪的基本结构

总结上文可知，故障产生的气体特征与故障类型、故障的严重程度以及变压器内部的绝缘材料种类密切相关，但也可以知道各种特征气体中烃类气体出现的次数和数量最多，根据不同部位的故障点就会产生不同种类和不同量的烃类气体，有时涉及到固体绝缘体时，会产生碳类化合物，一氧化碳、二氧化碳等，这些都是变压器产生故障时会出现的气体特征。

三、油色谱对于变压器故障的防治措施

在明确了油色谱检测的含义和变压器经常会出现的故障类型之后，我们就要运用油色谱技术发现变压器出现的故障，并给出防治措施，主要运用油色谱在线检测系统来进行检测诊断和防治。油色谱分析变压器中出现的故障要经过一系列的实验步骤，上文已给出了气相色谱仪的结构和工作流程，我们要结合变压器的实际情况开始实验步骤。1 第一步是采集样本，样本采集的质量会直接影响到检测结果是否准确，采集油样应按照国家规定的质量标准进行取样，采集样本时不能让油中的气体逸散出来，也不能将这些气体混入空气之中，实际操作时油中不能产生气泡。取样环境应也是十分严格的，应在晴天进行并将取出的样本阴凉保存，另外要准备取样瓶、注射器等仪器工具。2 第二步是将变压器中油中溶解的气体和油相分离，使用真空脱气法和振荡脱气法，脱气是一个关键的环节，对后续误差的产生和效率具有较大的影响，因此在进行脱气工作时，要遵循以下基本原则：完全地将特征气体从油中脱离出来；采用真空脱气法时，装置的密闭性应该良好，将真空计接入来监视真空度，采用溶解平衡脱气法时，要保证玻璃器皿注射器的密闭性良好。3 将气体与油分离之后，尽量不使这些气体对油产生回流现象。4 将脱出的气体混合均匀，然后注入色谱仪，及时进行样本分析。5 脱气后完全排出残余油和残余气体，保证新油样的质量不受残余物质污染。6 将脱气装置与取样容器可靠地连接，防止油样注入带入空气。7 脱气过程中，要准确地测定脱气油样体积和脱气体积，体积测量应精确到两位数。8 增强脱气率，降低最小浓度，采用真空法时，应使脱气室的体积大于油样体积，而对于溶解平衡法时，应选择两液体的最合适的体积比。9 对于不完全脱气法，要测出脱气装置对于气体组分的脱气率，然后和油中的实际浓度相比较并进行分析。另外可以借鉴外国已研究出的先进成果，运用全自动脱气装置并直接连在色谱仪上，实现色谱分析自动化、一体化。

脱气过后，就是要将这些气体注入色谱仪中，使用色谱柱、色谱图对这些得到的数据、图像进行分析，然后将色谱柱分离，通过物理、化学手段转化为易测量的电信号，对这些电信号进行仔细地分析。

油色谱实验之后，就要将变压器工作时出现的故障气体特征与油色谱技术有机结合起来，运用各种类型的故障气体特征使油色谱技术得到充分运用，在进行油色谱实验时，气体样本的提取、油气的分离及需要注意的问题、然后将分析气体混合均匀注入色谱仪进行样本分析、注入色谱仪时应选取可靠的取样容器等等这些环节都要注意，然后得到色谱柱并转化为电信号进行分析，得出变压器的故障问题，使电力运行更加顺畅。

结语

油色谱技术的不断发展促进了变压器工作效率的提高，作为一种先进的检测技术，它能够通过检测变压器出现故障时产生的气体，从而得出结果，分析出故障并及时采取有效措施解决故障问题。做好这些，首先就是要明确油色谱检测技术的含义，并分析得出变压器出现故障时气体的特征，然后将油色谱技术与变压器故障气体特征充分结合起来进行具体的实验操作过程，操作过程中要注意一些注意事项和禁止做的事，仔细观察、认真记录数据、制成图画图表、分析数据图表，得出实验结果，使得更好地想出解决策略，使电力运行通畅。除此之外，还要很好地和当前的信息技术结合起来，运用先进的电脑信息系统技术进行数据的录入、整理与分析，提高实验工作的效率，使得实验更具有科学性和现实性。

[1]张奇.天津滨海地区变压器油色谱检测技术与应用分析[D].天津大学，2013.

[2]余琼.变压器油色谱在线监测专家系统研究[D].上海交通大学，2007.

[3]武中利.电力变压器故障诊断方法研究[D].华北电力大学，2013.