利用變壓器油氣相色譜分析檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障

1、<p>　　利用變壓器油氣相色譜分析檢測(cè)變壓器內(nèi)部故障</p><p>　　摘要：氣相色譜分析是檢測(cè)充油電氣設(shè)備內(nèi)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(yīng)用。它能在不停電的情況下取油樣進(jìn)行色譜分析，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備內(nèi)部故障。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：變壓器 ； 氣相色譜分析 ； 檢測(cè) ； 內(nèi)部故障 </p><p>　　中圖分類號(hào)：

2、TM4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　1.引言 </b></p><p>　　電力變壓器是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備之一，它承擔(dān)著電壓變換，電能分配和傳輸，并提供電力服務(wù)。因此，變壓器的正常運(yùn)行是對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(cè) </p><p>　　變壓器故障的檢測(cè)技術(shù)是準(zhǔn)確診斷故障的主要手段，根據(jù)DL／T596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)順序，主要包括油中氣體的色譜分析、直流電阻檢測(cè)、絕緣電阻及吸收比、極化指數(shù)檢測(cè)、絕緣介質(zhì)損失角正切檢測(cè)、油質(zhì)檢測(cè)、局部放電檢測(cè)及絕緣耐壓試驗(yàn)等。 </p><p>　　在變壓器故障診斷中應(yīng)綜合各種有效的檢測(cè)手段和方法，對(duì)得到的各種檢測(cè)結(jié)果要進(jìn)行

4、綜合分析和判斷。因?yàn)椴豢赡芫哂幸环N包羅萬象的檢測(cè)方法，也不可能存在一種面面俱到的檢測(cè)儀器，只有通過各種有效的途徑和利用各種有效的技術(shù)手段，包括離線檢測(cè)的方法、在線檢測(cè)的方法；包括電氣檢測(cè)、化學(xué)檢測(cè)、甚至超聲波檢測(cè)、紅外成像檢測(cè)等等，只要是有效的，在可能條件下都應(yīng)該進(jìn)行相互補(bǔ)充、驗(yàn)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(cè) </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(chǎn)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(chǎn)氣率會(huì)出現(xiàn)最大值；隨著溫度升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依次為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。這也證明在故障時(shí)溫度與溶解氣體含量之間存在著對(duì)應(yīng)的關(guān)系。而局部過熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。 </p>

6、<p>　　變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會(huì)逐漸老化、變質(zhì)，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(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)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(nèi)

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(guān)資料介紹，在對(duì)450臺(tái)故障變壓器的統(tǒng)計(jì)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(guān)接觸不良占50％；鐵心多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流約占33％；導(dǎo)線過熱和接頭不良或緊固件松動(dòng)引起過熱約占14．4％；其余2．1％為其他故障。 </p><p&g

8、t;　　針對(duì)上述故障，根據(jù)色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行變壓器內(nèi)部故障診斷時(shí)，應(yīng)包括： </p><p>　　3.2.1分析氣體產(chǎn)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(diǎn)溫度、故障回路嚴(yán)重程度以及發(fā)展趨勢(shì)等。 </p><p>

9、;　　3.2.4提出相應(yīng)的處理措施。如能否繼續(xù)運(yùn)行，以及運(yùn)行期間的技術(shù)安全措施和監(jiān)視手段或是否需要吊心檢修等。若需加強(qiáng)監(jiān)視，則應(yīng)縮短下次試驗(yàn)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(shí)，H2一般占?xì)錈N總量的27％以下，而且隨溫度升高，H2的絕對(duì)含量有所增長(zhǎng)，但其所占比例卻相對(duì)下降。變壓器無論是熱故障還是電故障

10、，最終都將導(dǎo)致絕緣介質(zhì)裂解產(chǎn)生各種特征氣體。由于碳?xì)滏I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(nèi)部進(jìn)水受潮是一種內(nèi)部潛伏性故障，其特征氣體H2含量很高。客觀上如果色譜分析發(fā)現(xiàn)H2含量超標(biāo)，而其他成分并沒有增加時(shí)，可大致先判斷為設(shè)備含有水分，為進(jìn)一步判別，可加做微水分析。 </p><p>　　4.2 乙炔C2H2變化。C2H2的產(chǎn)生與放電

11、性故障有關(guān)，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電時(shí)，C2H2一般占總烴的20％--70％，H2占?xì)錈N總量的30％～90％，并且在絕大多數(shù)情況下，C2H4含量高于CH4。當(dāng)C2H2含量占主要成分且超標(biāo)時(shí)，則很可能是設(shè)備繞組短路或分接開關(guān)切換產(chǎn)生弧光放電所致。如果其他成分沒超標(biāo)，而C2H2超標(biāo)且增長(zhǎng)速率較快，則可能是設(shè)備內(nèi)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(dāng)只有熱

12、源處的絕緣油分解時(shí)，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(diǎn)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(chǎn)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(huì)產(chǎn)生CO和CO2。但從總體上來說，過熱性故障的產(chǎn)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(shè)備內(nèi)部絕緣材料老化或故障，而固體絕緣材

13、料決定了充油設(shè)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(shí)產(chǎn)生的CO、CO2；正常運(yùn)行中的設(shè)備內(nèi)部絕緣油和固體絕緣材料由于受到電場(chǎng)、熱度、濕度及氧的作用，隨運(yùn)行時(shí)間而發(fā)生速度緩慢的老化現(xiàn)象，除產(chǎn)生一些氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還會(huì)產(chǎn)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(shè)備運(yùn)行年限有關(guān)。例如CO的產(chǎn)氣速率，國(guó)外有人提出與運(yùn)行年限關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式為： </p><p>　　式中Y——運(yùn)行年限(年)。 </p><p>　　上述與變壓器運(yùn)行年限有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)，除與運(yùn)行年限有關(guān)外，還與變壓器結(jié)構(gòu)、絕緣材料性質(zhì)、運(yùn)行負(fù)荷以及油保護(hù)方式等有密切關(guān)系。 </p><p>　　4.4.

15、2故障過熱時(shí)產(chǎn)生的CO、CO2。固體絕緣材料在高能量電弧放電時(shí)產(chǎn)生較多的CO、CO2。由于電弧放電的能量密度高，在電應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)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(yán)重破壞，同時(shí)，產(chǎn)生的大量氣體一方面會(huì)進(jìn)一步降低絕緣，另一方面還含有較多的可燃?xì)怏w，因此若不及時(shí)處理，嚴(yán)重時(shí)有可能造成設(shè)備的重大損壞或爆炸事故。 </p><p>　　充油設(shè)備中固體絕緣受熱分解時(shí)，變壓器油中所溶解的CO、CO2濃度就

16、會(huì)偏高。試驗(yàn)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(shí)，絕緣油中產(chǎn)生的氣體CO2含量很低，為0．017一0.028mg/g，CO不能明顯測(cè)到。局部放電、火花放電同時(shí)作用下，純油中CO不能明顯測(cè)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(yīng)關(guān)注CO、CO2的含量變化情況，同時(shí)結(jié)合烴類氣體和H2，含量變化進(jìn)行全面分析。尤其是一些老舊變壓器還要配合進(jìn)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(shí)際情況下，往往是多種故障類型并存，多種氣體成分同時(shí)變化。且各種特征氣體所占的比例難以

18、確定。如當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生火花放電，有時(shí)總烴含量不高；但C2H2在總烴中所占的比例可達(dá)25％一90％，C2H4含量約占總烴的20％以下，H，占?xì)錈N總量的30％以上。當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，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(dāng)放電能量密度增高時(shí)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(yīng)注意，不能忽視H2和CH4增長(zhǎng)的同時(shí)，接著又出現(xiàn)C2H2，即使未達(dá)到

19、注意值也應(yīng)給予高度重視。因?yàn)檫@可能存在著由低能放電發(fā)展成高能放電的危險(xiǎn)。 </p><p>　　過熱涉及固體絕緣時(shí)，除了產(chǎn)生上述氣體之外，還會(huì)產(chǎn)生大量的CO和CO2。當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部存在接觸不良時(shí)，如分接開關(guān)接觸不良、連接部分松動(dòng)、絕緣不良，特征氣體會(huì)明顯增加。超過正常值時(shí)，一般占總烴含氣量的80％以上，隨著運(yùn)行時(shí)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(guān)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(shí)，還要同時(shí)結(jié)合其它電氣試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。 </p><p><b>　　5.結(jié)語 </b></p><p>　　變壓器油色譜分析是為大家提供變壓器內(nèi)部故障征兆和掌握故障發(fā)展情況的一種科學(xué)辦法，也是各類變壓器大