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摘 要 运用油中溶解气体气相色谱分析方法，对一台变压器油色谱的异常变化情况进行分析，为运行中变压器内部潜伏性故障诊断和检修提供重要的参考依据。
关键词 绝缘油；气相色谱分析；故障诊断
中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0042-01
变压器运行过程中，绝缘油和固体绝缘材料会分解出一些特征气体，经过不断的对流、扩散会溶解于油中。而变压器是否产生故障、故障的类型和严重程度与这些特征氣体会有直接的联系。当运行中变压器内部开始出现轻微故障时，不会改变其电气特性，因此停电进行的电气试验不能充分反映其实际运行状态。通过对溶解于油中的气体进行气相色谱分析，就能尽早发现设备内部是否存在潜伏性故障，判断故障原因和性质，以便及时处理，将事故消灭在萌芽状态，并可监测故障发展趋势。
1 变压器故障类型
变压器的内部故障类型主要可分为过热故障和放电故障。放电故障又包括局部放电、火花放电和电弧放电。
接点接触不良、导体故障、磁路故障会引起过热故障。当过热故障不涉及固体绝缘时，CH4和C2H4为主要特征气体 。较多的CO和CO2气体会在固体绝缘的过热故障会产生。
设备受潮、厂家制造工艺差或运行维护不当会引起局部放电，H2和CH4为产生的主要特征气体，能量高时还会产生少量的C2H2。铁心接地不良造成的悬浮电位放电和分接开关拔插悬浮电位放电会引起火花放电，特征气体主要是C2H2和H2，其次是CH4和C2H4。匝间绝缘击穿，过电压和引线断裂引起的内部闪络，电容屏击穿等会引起电弧放电，故障气体主要为C2H2和H2，其次是C2H4和CH4。
2 案例故障概述及原因初步分析
进行变压器内部故障诊断时，应按如下思路：1）判定有无故障；2）判断故障类型；3）诊断故障的状况；4）提出相应的反事故对策。目前，采用的判断手段为：三比值法、特征气体判别法、平衡判据法以及判别故障严重程度的绝对产气速率法。现就廊坊供电公司所辖变电站一台变压器的油溶解气体H2和C2H2异常，分析几种可能的故障原因。
2.1 故障概述
表1 色谱监测数据表（单位：μL/L）
监测日期 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 总烃
2008/3/31
2008/11/14
2009/9/4
2010/11/25
2010/11/25
2010/12/08 76.24
94.75
115.94
162.27
162.67
153.40 352.2
477.29
593.78
672.57
707.40
624.64 210.16
385.47
505.68
437.58
454.99
452.88 4.77
6.54
7.29
9.29
7.72
6.76 0.55
0.81
0.93
1.01
1.02
1.20 0.49
0.85
0.71
0.36
0.39
0.61 0
0
0
0.35
0.33
0.33 5.81
8.2
8.93
11.01
9.46
8.90
此台主变为江苏华鹏变压器有限公司2006年2月制造，型号为SSZ9-63000/110，油重26000 kg，2006年7月正式投入运行。2010年11月25日进行周期取样分析时发现H2含量为162.27 μL/L，总烃数值为11.01 μL/L，且出现C2H2为0.35 μL/L。试验人员发现H2含量超出注意值150 μL/L且出现C2H2后，为排除不良工况的干扰，又重新做了一次色谱分析，试验结果与前次相比无太大差别，因此试验班组缩短了此台变压器的色谱监测周期，定为每月一次进行跟踪监测。H2数值虽超出注意值，但并无明显增长趋势，C2H2含量也基本保持恒定。查询前三次试验报告，具体数据见表1，观察各组分增长情况进行故障分析。
2.2 故障诊断分析
跟踪监测过程中，考虑到可能取样阀处材质与绝缘油中的烃类组分发生了脱氢反应，导致氢气增长，因此尽量做到将阀内残油排净后再取样，氢气数值在色谱分析试验中未发生较大变化，可排除此猜测。考虑到较多的C2H2气体会产生在放电故障时，结合表1，初步判断可能存在放电故障。根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，由于H2已超出注意值，可以通过三比值法进行判断。
表2 三比值法的编码规则
由2010年12月8日进行色谱分析的试验数据计算得：C2H2/C2H4=1（0.1～1），CH4/H2=0.04<0.1，C2H4/C2H6=0.51（0.1～1）。对照表2，确定三比值编码为110，查看表3，属于放电故障。
表3 故障类型判断方法
对于这台变压器，主要产生氢气和甲烷，总烃含量较低，乙炔出现，但未超出注意值，判断是低能放电。低能量放电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。
观察一氧化碳、二氧化碳两种气体呈现有规律的增长，计算其比值，CO/CO2=1.54<3，判断局部放电故障涉及固体绝缘材料。由2010年11月27日绝缘油微水试验，测得3.2 mg/L，并未超出注意值30 mg/L。于是，排除设备受潮的原因。由表3中历史数据发现，甲烷、乙烷、乙烯数值稳定无显著增长，则可排除设备过热故障的可能。
为进一步确定故障点，由高压试验班组进行绝缘电阻、吸收比、介质损耗因数tgδ、直流电阻及铁芯接地电流等常规试验，最终确定故障原因是铁心与穿心螺丝接触不良，由检修班组及时到位检修消缺，保证了设备持续稳定运行。
3 结束语
通过对这台运行中变压器进行潜伏性故障分析，证明了气相色谱分析方法是保证变压器安全运行的重要手段，它可以及早发现运行中变压器内部的潜伏性故障。通过综合分析设备的结构、运行、试验和检修情况，可准确判断故障性质和部位，以便采取及时有效的措施消除故障，避免变压器事故的发生。
参考文献
[1]董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京：中国电力出版社，2000.
[2]王晓莺，等.变压器故障与监测[M].北京：机械工业出版社，2004.
[3]林永平.变压器油色谱分析技术的发展及最新动态[J].变压器，2001，39（S1）：46-48.
[4]GB/T 7252-2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].
[5]DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程[S].中国电力出版社，1996.
[6]SD l87-86 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].水利电力出版社，1986.
作者简介
张茜（1987-），女，河北廊坊人，国网冀北电力有限公司廊坊供电公司，助理工程师。
关键词 绝缘油；气相色谱分析；故障诊断
中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0042-01
变压器运行过程中，绝缘油和固体绝缘材料会分解出一些特征气体，经过不断的对流、扩散会溶解于油中。而变压器是否产生故障、故障的类型和严重程度与这些特征氣体会有直接的联系。当运行中变压器内部开始出现轻微故障时，不会改变其电气特性，因此停电进行的电气试验不能充分反映其实际运行状态。通过对溶解于油中的气体进行气相色谱分析，就能尽早发现设备内部是否存在潜伏性故障，判断故障原因和性质，以便及时处理，将事故消灭在萌芽状态，并可监测故障发展趋势。
1 变压器故障类型
变压器的内部故障类型主要可分为过热故障和放电故障。放电故障又包括局部放电、火花放电和电弧放电。
接点接触不良、导体故障、磁路故障会引起过热故障。当过热故障不涉及固体绝缘时，CH4和C2H4为主要特征气体 。较多的CO和CO2气体会在固体绝缘的过热故障会产生。
设备受潮、厂家制造工艺差或运行维护不当会引起局部放电，H2和CH4为产生的主要特征气体，能量高时还会产生少量的C2H2。铁心接地不良造成的悬浮电位放电和分接开关拔插悬浮电位放电会引起火花放电，特征气体主要是C2H2和H2，其次是CH4和C2H4。匝间绝缘击穿，过电压和引线断裂引起的内部闪络，电容屏击穿等会引起电弧放电，故障气体主要为C2H2和H2，其次是C2H4和CH4。
2 案例故障概述及原因初步分析
进行变压器内部故障诊断时，应按如下思路：1）判定有无故障；2）判断故障类型；3）诊断故障的状况；4）提出相应的反事故对策。目前，采用的判断手段为：三比值法、特征气体判别法、平衡判据法以及判别故障严重程度的绝对产气速率法。现就廊坊供电公司所辖变电站一台变压器的油溶解气体H2和C2H2异常，分析几种可能的故障原因。
2.1 故障概述
表1 色谱监测数据表（单位：μL/L）
监测日期 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 总烃
2008/3/31
2008/11/14
2009/9/4
2010/11/25
2010/11/25
2010/12/08 76.24
94.75
115.94
162.27
162.67
153.40 352.2
477.29
593.78
672.57
707.40
624.64 210.16
385.47
505.68
437.58
454.99
452.88 4.77
6.54
7.29
9.29
7.72
6.76 0.55
0.81
0.93
1.01
1.02
1.20 0.49
0.85
0.71
0.36
0.39
0.61 0
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0
0.35
0.33
0.33 5.81
8.2
8.93
11.01
9.46
8.90
此台主变为江苏华鹏变压器有限公司2006年2月制造，型号为SSZ9-63000/110，油重26000 kg，2006年7月正式投入运行。2010年11月25日进行周期取样分析时发现H2含量为162.27 μL/L，总烃数值为11.01 μL/L，且出现C2H2为0.35 μL/L。试验人员发现H2含量超出注意值150 μL/L且出现C2H2后，为排除不良工况的干扰，又重新做了一次色谱分析，试验结果与前次相比无太大差别，因此试验班组缩短了此台变压器的色谱监测周期，定为每月一次进行跟踪监测。H2数值虽超出注意值，但并无明显增长趋势，C2H2含量也基本保持恒定。查询前三次试验报告，具体数据见表1，观察各组分增长情况进行故障分析。
2.2 故障诊断分析
跟踪监测过程中，考虑到可能取样阀处材质与绝缘油中的烃类组分发生了脱氢反应，导致氢气增长，因此尽量做到将阀内残油排净后再取样，氢气数值在色谱分析试验中未发生较大变化，可排除此猜测。考虑到较多的C2H2气体会产生在放电故障时，结合表1，初步判断可能存在放电故障。根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，由于H2已超出注意值，可以通过三比值法进行判断。
表2 三比值法的编码规则
由2010年12月8日进行色谱分析的试验数据计算得：C2H2/C2H4=1（0.1～1），CH4/H2=0.04<0.1，C2H4/C2H6=0.51（0.1～1）。对照表2，确定三比值编码为110，查看表3，属于放电故障。
表3 故障类型判断方法
对于这台变压器，主要产生氢气和甲烷，总烃含量较低，乙炔出现，但未超出注意值，判断是低能放电。低能量放电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。
观察一氧化碳、二氧化碳两种气体呈现有规律的增长，计算其比值，CO/CO2=1.54<3，判断局部放电故障涉及固体绝缘材料。由2010年11月27日绝缘油微水试验，测得3.2 mg/L，并未超出注意值30 mg/L。于是，排除设备受潮的原因。由表3中历史数据发现，甲烷、乙烷、乙烯数值稳定无显著增长，则可排除设备过热故障的可能。
为进一步确定故障点，由高压试验班组进行绝缘电阻、吸收比、介质损耗因数tgδ、直流电阻及铁芯接地电流等常规试验，最终确定故障原因是铁心与穿心螺丝接触不良，由检修班组及时到位检修消缺，保证了设备持续稳定运行。
3 结束语
通过对这台运行中变压器进行潜伏性故障分析，证明了气相色谱分析方法是保证变压器安全运行的重要手段，它可以及早发现运行中变压器内部的潜伏性故障。通过综合分析设备的结构、运行、试验和检修情况，可准确判断故障性质和部位，以便采取及时有效的措施消除故障，避免变压器事故的发生。
参考文献
[1]董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京：中国电力出版社，2000.
[2]王晓莺，等.变压器故障与监测[M].北京：机械工业出版社，2004.
[3]林永平.变压器油色谱分析技术的发展及最新动态[J].变压器，2001，39（S1）：46-48.
[4]GB/T 7252-2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].
[5]DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程[S].中国电力出版社，1996.
[6]SD l87-86 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].水利电力出版社，1986.
作者简介
张茜（1987-），女，河北廊坊人，国网冀北电力有限公司廊坊供电公司，助理工程师。