变压器油色谱分析与故障判断

吴立帅

摘要：在电力生产中，变压器起着极其重要作用，一旦其发生故障，会影响整个电力网络，影响居民正常生活。因此，变压器维护与管理引起相关部门重视，不仅要保证始终处于安全状态，同时避免故障。变压器油色谱分析是一种常见诊断方法，诊断准确度高，能提前预判故障。基于此，文章阐述变压器色谱分析原理，结合某主变压器故障，剖析故障成因，按现行规范要求处理故障、回装设备。在色谱分析后，认定变压器内部故障基本消除，当前主变运行正常。

关键词：变压器 色谱分析 故障诊断

1.引言

随着经济快速发展，作为电力系统重要组成部分，变压器起至关重要作用，通过保障变压器健康稳定运行，为电力系统安全打下良好基础。变压器功能是对电压与电流进行调整，将其进行传输，是一种利用电磁感应电气设备。电力系统运行效率、效益与变压器安全运行有关，业内人士对变压器故障问题分析十分重视，色谱分析法的优越性除能提早识别设备故障外，还起到实时监测作用。

2.变压器常见故障及原因分析

2.1 渗油故障

对变压器而言，这是一种时常发生故障，如渗油严重，变压器绝缘性能受到影响，甚至导致变压器停运情况，严重会损毁其他设备，除绝缘油劣化外，还会污染大气。

2.2 接头过热故障

在变压器组件构成中，接头十分重要，如果不能保证可靠连接，接头温度过高会出现烧毁，整个设备安全性被破坏。在巡检中，工作人员必须准确测量并记录好接头温度，杜绝温度过高而发生事故。

2.3 绝缘故障

变压器正常运行时，一次侧与二次侧线圈之间、铁心硅钢片之间绝缘良好。绝缘故障由两大原因造成，一是绝缘油污染，强度减弱，绝缘性下降；二是设计与制造时油道小、薄，运行中极可能出现绝缘故障。

2.4 磁路故障

磁路故障存在于铁轭、铁芯、夹件之中，主要由两大原因导致：一是硅钢片绝缘损毁，大涡流出现，产生一定热量使铁损增加，变压器温度上升；二是运行中，由于变压器接地点较多，铁芯因过热发生跳闸。

2.5 分接开关故障

分接开关在使用中，如触头质量不合格，或分接不到位、触头出现严重老化等情况会引发触头接触不良、引线松动、发生触头短路故障。

2.6 高压套管故障

高压套管是变压器与外部电网高压部分连接桥梁，保证变压器密封良好，其故障主要由两种原因造成：一是套管被灰尘覆盖或有污渍；二是套管密封进水。

3.变压器油气相色谱分析诊断方法

3.1 诊断油中溶解CO和CO2

随着变压器正常运行，油中溶解CO和CO2含量较低。通过科学检测和计算方法，可获得小于100μL/LCO含量数据和数百至1000μL/LCO2含量数据。就化学成分和透气性而言，开式变压器油中饱和空气含量在10%到20%之间。当与空气和油长时间接触，CO溶解油中通常为300μL/L。当空气释放到大气中CO含量与老化引起固体绝缘CO含量结合时，其分布规律高于固体绝缘产生CO含量，固体绝缘材料老化程度更为严重。

3.2 O2/N2比值诊断方法

开放式变压器中，空气和储罐之间存在接触问题，而在封闭式变压器中也存在泄漏可能性，因此会有O2和N2溶解在变压器油中。考虑到O2和N2在变压器油中溶解度，空气成分可反映在O2/N2的比率中，通常为0.5。当固体绝缘材料在变压器油中被氧化或老化时，O2消耗率将增加，扩散率将更高，从而降低O2/N2比。然而实际比率变化受制于法规遵从和保护系统，尤其是当氧气过度消耗时，O2/N2比率可以达到0.3或更低。

3.3 三比值法

三比值法是选用几种特征故障气体，通过分析特征气体浓度比值(即C2H2/C2H4、CH4/H2,和C2H4/C2H6)来判断故障类型，其原理是分别将溶于变压器油中特征故障气体中溶解度与扩散系数接近的两种气体浓度构成比值，形成三对比值，列出不同比值范围，并用不同编码表示，将这些编码进行组合，并按照一定的编码规则规定，某种编码组合与某种故障类型相对应，以此来分析和诊断变压器故障类型和性质。这种方法弥补了绝缘油体积效应对变压器故障分析影响，是分析诊断变压器故障类型的重要方法。

4.故障实例分析

4.1异常现象

某热电厂2台供热机组台机组为2*165MW燃煤机组，主变压器型号为Tдu-200000/110-Y1，额定容量200000kVA，2007年曾进行吊罩大修。2016年6月12日，在例行试验过程中，发现2#主变油溶解气体内H2、C2H2、总烃含量依次为138μL/L、0μL/L与1206μL/L，明显高于现行规范内规定特征气体注意值(H2、C2H2、总烃分别为150μL/L、5μL/L、150μL/L)。根据这一情况，需定期对监测设备运行状况进行检查。此后一段时间，通过监测发现油色谱总烃、H2含量都显著增加，见表1。

表1故障处置前2#主变绝缘油气相色谱分析数据单位：μL/L

时间	H2	CH4	C2H6	C2H4	C2H2	总烃
2015-9-1	27.8	39.2	19.0	60.1	0	118.8
2016-6-12	138.7	346.3	185.7	534.7	0	1205.6
2016-8-14	119.7	435.1	229.4	639.2	0	1302.2
2016-9-19	190.3	768.3	385.7	789.6	0	2133.9

4.2 问题分析

对2016年9月19日获得的数据进行分析，基于三比值法分析、判断故障形成原因，C2H4/C2H2=0，CH4/H2≈4.04，C2H4/C2H6≈2.00，依照三比值法编码规则，编码组合为021，参考故障类别是中温过热，可以初步推导出故障成因大概为引线夹件螺丝或接头焊接不良，涡流引起铜过热，铁芯漏磁，局部绝缘不良，铁芯多点接地等问题。

4.3 故障处理

经技术人员反复研究、论证，决定实施吊芯检查。此项工作于2016年10月初完成，吊罩对变压器高、低压侧直流电阻进行测量，发现低压侧直阻三相不平衡。在吊罩检查时，能清晰看到低压侧A相连接处松动并有过热痕迹。鉴于此，对低压侧A相接头进行处理，直流电阻测试合格后，进行滤油处理，将设备规范回装。

4.4 效果观察

2#主变于2016年11月首次运行，试验人员按相关规定开展试验活动，在对主变绝缘油中的气体构成进行分析，在表2中介绍检测数据。可以看出，2#主变在处理后，总烃、H2等含量均有上升，上升速度缓慢并趋于稳定，一段时间后略有下降。这种变化存在，与设备特征气体缓释规律保持一致，证明故障已经被排除，2#主变设备保持良好运行状态。

表2 故障处置后2#主变绝缘油气相色谱分析数据单位：μL/L

时间	H2	CH4	C2H6	C2H4	C2H2	总烃
2017-11-16	7.21	24.75	53.47	77.25	0	162.68
2018-1-14	8.53	42.53	64.39	132.25	0	240.13
2018-2-5	8.55	40.18	63.75	133.56	0	236.42
2018-3-14	8.24	40.15	63.34	129.51	0	227.85

5.结束语

当变压器出现内部故障时，在试验与检测中绝缘油色谱分析是一种有效方法，能快速检测故障点并分析出原因，及时采取有效措施遏制住故障蔓延。在电力系统中，变压器是一种关键设备，如果出现故障就会导致其他设备停运，大修需要耗费时间与精力，设备使用寿命会因此而缩短，人力与时间两大成本大量消耗，电网健康稳定运行受到威胁。所以，要缩短检修周期，发挥出检修预防作用，避免造成供电损失。

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