利用變壓器油氣相色譜分析檢測變壓器內部故障

1、<p>　　利用變壓器油氣相色譜分析檢測變壓器內部故障</p><p>　　摘要：氣相色譜分析是檢測充油電氣設備內部故障最有效的方法之一，目前，在電力系統(tǒng)中已得到廣泛應用。它能在不停電的情況下取油樣進行色譜分析，并能及時發(fā)現(xiàn)充油設備內部故障。 </p><p>　　關鍵詞：變壓器 ； 氣相色譜分析 ； 檢測 ； 內部故障 </p><p>　　中圖分類號：

2、TM4文獻標識碼：A文章編號： </p><p><b>　　1.引言 </b></p><p>　　電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關鍵的設備之一，它承擔著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務。因此，變壓器的正常運行是對電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經濟運行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。 </p><p>　　2.變壓器

3、故障檢測 </p><p>　　變壓器故障的檢測技術是準確診斷故障的主要手段，根據(jù)DL／T596—1996電力設備預防性試驗規(guī)程規(guī)定的試驗項目及試驗順序，主要包括油中氣體的色譜分析、直流電阻檢測、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測、絕緣介質損失角正切檢測、油質檢測、局部放電檢測及絕緣耐壓試驗等。 </p><p>　　在變壓器故障診斷中應綜合各種有效的檢測手段和方法，對得到的各種檢測結果要進行

4、綜合分析和判斷。因為不可能具有一種包羅萬象的檢測方法，也不可能存在一種面面俱到的檢測儀器，只有通過各種有效的途徑和利用各種有效的技術手段，包括離線檢測的方法、在線檢測的方法；包括電氣檢測、化學檢測、甚至超聲波檢測、紅外成像檢測等等，只要是有效的，在可能條件下都應該進行相互補充、驗證和綜合分析判斷，才能取得較好的故障診斷效果。 </p><p>　　3.變壓器故障的油中氣體色譜檢測 </p><

5、p>　　3.1 油色譜分析的基本原理 </p><p>　　油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產生速率隨溫度的變化而變化，在特定溫度下，往往有某一種氣體的產氣率會出現(xiàn)最大值；隨著溫度升高，產氣率最大的氣體依次為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。這也證明在故障時溫度與溶解氣體含量之間存在著對應的關系。而局部過熱、電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中產生故障特征氣體的主要原因。 </p>

6、<p>　　變壓器在正常運行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會逐漸老化、變質，并分解出極少量的氣體(主要包括氫H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等多種氣體)。當變壓器內部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內部絕緣受潮時，這些氣體的含量會迅速增加。 </p><p>　　3.2 電力變壓器故障的分類與診斷 </p><p>　　電力變壓器的內

7、部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。據(jù)有關資料介紹，在對450臺故障變壓器的統(tǒng)計表明：過熱性故障占63％；高能量放電故障占18．1％；過熱兼高能量放電故障占10％；火花放電故障占7％；受潮或局部放電故障占1．9％。而在過熱性故障中，分接開關接觸不良占50％；鐵心多點接地和局部短路或漏磁環(huán)流約占33％；導線過熱和接頭不良或緊固件松動引起過熱約占14．4％；其余2．1％為其他故障。 </p><p&g

8、t;　　針對上述故障，根據(jù)色譜分析數(shù)據(jù)進行變壓器內部故障診斷時，應包括： </p><p>　　3.2.1分析氣體產生的原因及變化。 </p><p>　　3.2.2判定有無故障及故障的類型。如過熱、電弧放電、火花放電和局部放電等。 </p><p>　　3.2.3判斷故障的狀況。如熱點溫度、故障回路嚴重程度以及發(fā)展趨勢等。 </p><p>

9、;　　3.2.4提出相應的處理措施。如能否繼續(xù)運行，以及運行期間的技術安全措施和監(jiān)視手段或是否需要吊心檢修等。若需加強監(jiān)視，則應縮短下次試驗的周期。 </p><p>　　4.根據(jù)氣體含量變化分析判斷 </p><p>　　4.1氫氣H2變化。變壓器在高、中溫過熱時，H2一般占氫烴總量的27％以下，而且隨溫度升高，H2的絕對含量有所增長，但其所占比例卻相對下降。變壓器無論是熱故障還是電故障

10、，最終都將導致絕緣介質裂解產生各種特征氣體。由于碳氫鍵之間的鍵能低，生成熱小，在絕緣的分解過程中，一般總是先生成H2，因此H2是各種故障特征氣體的主要組成成分之一。變壓器內部進水受潮是一種內部潛伏性故障，其特征氣體H2含量很高?？陀^上如果色譜分析發(fā)現(xiàn)H2含量超標，而其他成分并沒有增加時，可大致先判斷為設備含有水分，為進一步判別，可加做微水分析。 </p><p>　　4.2 乙炔C2H2變化。C2H2的產生與放電

11、性故障有關，當變壓器內部發(fā)生電弧放電時，C2H2一般占總烴的20％--70％，H2占氫烴總量的30％～90％，并且在絕大多數(shù)情況下，C2H4含量高于CH4。當C2H2含量占主要成分且超標時，則很可能是設備繞組短路或分接開關切換產生弧光放電所致。如果其他成分沒超標，而C2H2超標且增長速率較快，則可能是設備內部存在高能量放電故障。 </p><p>　　4.3 甲烷CH4和乙烯C2H4變化。在過熱性故障中，當只有熱

12、源處的絕緣油分解時，特征氣體CH4和C2H4兩者之和一般可占總烴的80％以上，且隨著故障點溫度的升高，C2H4所占比例也增加。 </p><p>　　4.4一氧化碳CO和二氧化碳CO2變化。無論何種放電形式，除了產生氫烴類氣體外，與過熱故障一樣，只要有固體絕緣介入，都會產生CO和CO2。但從總體上來說，過熱性故障的產氣速率比放電性故障慢。由于CO、CO2氣體含量的變化反映了設備內部絕緣材料老化或故障，而固體絕緣材

13、料決定了充油設備的壽命。因此必須重視絕緣油中CO、CO2含量的變化。 </p><p>　　4.4.1絕緣老化時產生的CO、CO2；正常運行中的設備內部絕緣油和固體絕緣材料由于受到電場、熱度、濕度及氧的作用，隨運行時間而發(fā)生速度緩慢的老化現(xiàn)象，除產生一些氣態(tài)的劣化產物外，還會產生少量的氧、低分子烴類氣體和碳的氧化物等，其中碳的氧化物CO、CO2含量最高。 </p><p>　　油中CO、C

14、O2含量與設備運行年限有關。例如CO的產氣速率，國外有人提出與運行年限關系的經驗公式為： </p><p>　　式中Y——運行年限(年)。 </p><p>　　上述與變壓器運行年限有關的經驗公式，適用于一般密封式變壓器。CO2含量變化的規(guī)律性不強，除與運行年限有關外，還與變壓器結構、絕緣材料性質、運行負荷以及油保護方式等有密切關系。 </p><p>　　4.4.

15、2故障過熱時產生的CO、CO2。固體絕緣材料在高能量電弧放電時產生較多的CO、CO2。由于電弧放電的能量密度高，在電應力作用下會產生高速電子流，固體絕緣材料遭到這些電子轟擊后，將受到嚴重破壞，同時，產生的大量氣體一方面會進一步降低絕緣，另一方面還含有較多的可燃氣體，因此若不及時處理，嚴重時有可能造成設備的重大損壞或爆炸事故。 </p><p>　　充油設備中固體絕緣受熱分解時，變壓器油中所溶解的CO、CO2濃度就

16、會偏高。試驗證明．在電弧作用下，純油中CO占總量的0--1％，CO2占0-3％；紙板和油中CO占總量的13％一24％，CO2占1％一2％；酚醛樹脂和油中CO占總量的24％一35％，CO2占0一2％。230-600℃局部過熱時，絕緣油中產生的氣體CO2含量很低，為0．017一0.028mg/g，CO不能明顯測到。局部放電、火花放電同時作用下，純油中CO不能明顯測到。CO2約占5％左右；紙和油中CO約占總量的2％，CO2約占7.1％；油和纖

17、維中CO約占總量的10．5％，CO2約占9．5％。 </p><p>　　在色譜分析中，應關注CO、CO2的含量變化情況，同時結合烴類氣體和H2，含量變化進行全面分析。尤其是一些老舊變壓器還要配合進行糠醛分析，判斷是否是絕緣老化造成的CO、CO2增高。 </p><p>　　4.4.3氣體成分變化。由于在實際情況下，往往是多種故障類型并存，多種氣體成分同時變化。且各種特征氣體所占的比例難以

18、確定。如當變壓器內部發(fā)生火花放電，有時總烴含量不高；但C2H2在總烴中所占的比例可達25％一90％，C2H4含量約占總烴的20％以下，H，占氫烴總量的30％以上。當發(fā)生局部放電時，一般總烴不高，其主要成分是H2，其次是CH4，與總烴之比大于90％。當放電能量密度增高時也出現(xiàn)C2H2，但它在總烴中所占的比例一般不超過2％。 </p><p>　　應注意，不能忽視H2和CH4增長的同時，接著又出現(xiàn)C2H2，即使未達到

19、注意值也應給予高度重視。因為這可能存在著由低能放電發(fā)展成高能放電的危險。 </p><p>　　過熱涉及固體絕緣時，除了產生上述氣體之外，還會產生大量的CO和CO2。當電氣設備內部存在接觸不良時，如分接開關接觸不良、連接部分松動、絕緣不良，特征氣體會明顯增加。超過正常值時，一般占總烴含氣量的80％以上，隨著運行時間的增加，C2H4所占比例也增加。 </p><p>　　本人在從事變壓器油色

20、譜分析的工作中，曾先后檢出五起因變壓器分解開關接觸不良引起的放電故障。 </p><p>　　因此，利用氣相色譜法分析判斷變壓器故障時，還要同時結合其它電氣試驗結果進行綜合分析。 </p><p><b>　　5.結語 </b></p><p>　　變壓器油色譜分析是為大家提供變壓器內部故障征兆和掌握故障發(fā)展情況的一種科學辦法，也是各類變壓器大