变压器油色谱分析的基本原理及应用
油色谱分析作为在线检测变压器运行的一项有效措施,由于它做到了监测时不需要将设备停电,而且灵敏度高,与其他试验配合能提高对设备故障分析准确性,而且不受外界因数的影响,可定期对运行设备内部绝缘状况进行监测。因此变压器油色谱分析已真正成为发现变压器等重要电气设备内部隐患、预防事故发生的有效途径,在严格色谱分析工作的开展下,使设备的潜伏性故障得到及时消除,确保变压器等设备安全稳定运行。
1.绝缘油色谱分析的基本原理
变压器大多采用油纸复合绝缘,当内部发生潜伏性故障时,油纸会因受热分解产生烃类气体。含有不同化学结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性,绝缘油随着故障点的温度升高依次裂解产生烷烃、烯烃和炔烃。在正常情况下,充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料,在过热或电的作用下会逐渐老化和分解,产生少量的低于分子烃类气体和一氧化碳及二氧化碳气体,这些气体大部分溶解于油中,当充油电气设备内部存在潜伏性过热和放电性故障时,就会加快这些气体的产生速度,随着故障的发展,分解出的气体形成气泡在油中对流、扩散,不断溶解在油中。
2.绝缘油色谱分析的方法
2.1故障下产气的累计性
充油电力设备的潜伏性故障所产生的可燃性气体,大部分会溶解与油中,随着故障的持续,这些气体在油中不断积累,直至饱和甚至析出气泡。因此,油中故障气体的含量及其积累程度是诊断故障存在与发展的一个依据。
2.2故障下产气的速率
正常情况下充油电力设备在热和电场的作用下,同样老化分解出少量的可燃性气体,但产气速率应很慢。有的设备因某些原因使气体含量超过注意值,不能断定故障;有的设备虽低于注意值,如含量增长迅速,也应引起注意。产气速率对反映故障的存在、严重程度及其发展趋势更加直接和明显,可以进一步确定故障的有无及性质。因此,故障气体的产气速率,也是诊断故障的存在与发展程度的另一个依据。
2.3故障下产气的特征
变压器等电力设备内部不同故障下,产生的气体有不同的特征。如:局部放电时会有氢气;较高温度过热时总会有乙烯;而电弧放电时也总会有乙炔。因此,故障下产气的特征是诊断故障性质的又一个依据。
3.绝缘油色谱分析在变压器内部故障诊断中的应用
3.1根据乌鲁瓦提水力发电厂绝缘油色谱分析规定,在四、五月份对枢纽区各户外电力变压器进行一次全面的检查试验,检查试验中发现西台地生活变总烃气体产气率明显偏大而且总烃含量严重超标,对该台变压器进行跟踪分析,发现油中气体依然有所增长,根据色谱分析故障判断方法判断变压器存在内部故障,应立即进行检修处理,结合常规试验,发现该变压器存在铁芯多点接地,总烃产气率明显偏大而且总烃含量严重超标是由于变压器铁芯多点接地造成的,经过吊罩检查,由于铁芯多点接地致使变压器在运行中产生的热量及磁动力使B相绕组烧毁变形,时刻有发生事故的危险。通过色谱分析让我们在变压器运行中查出了变压器内部的、潜伏性的故障,避免了事故的发生。
3.2在做乌鲁瓦提枢纽区绿化5号泵站变压器预防性试验时,发现内部有火花放电故障,为了进一步确定故障类型及位置,对变压器进行了绝缘油色谱分析,总烃和乙炔值超过注意值,结合前两年的油色谱分析,油中产气率明显增大,根据《色谱分析导则》立即对分析结果进行判断,判定变压器属内部火花放电,经吊芯检查变压器发现分接开关处有虚接现象,及时对虚接处的螺丝进行紧固,再次试验后,一切正常,很快使变压器又恢复了正常运行。 根据故障性质的三比值法计算,进一步确定变压器是低能量的火花放电故障。
其计算分析结果如下:
2009年4月油色谱分析结果:
组分含量(μl/L) H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 总烃
变压器绝缘油 172.06 397.32 1803.42 175.1 44.32 48.32 50.00 317.74
2008年5月油色谱分析结果:
组分含量(μl/L) H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 总烃
变压器绝缘油 69.06 386.32 1783.42 45.17 54.32 55.38 12.50 167.37
总烃相对产气率:rr=(Ci2-Ci1)*(1/Δt)*100%
式中rr—相对产气速率,(%/月)
Ci2—第二次取样测得总烃含量,l/L
Ci1—第一次取样测得总烃含量,l/L
Δt—两次取样分析时间间隔的实际运行时间,(月)。
仅以最近两次试验数据为依据,计算得相对产气速率:
rr=(317.74-167.37)/167.37*1/11*100%=988.3%/月
根据《色谱分析导则》相对产气速率的注意值为10%/月,计算值988.3%/月严重超过注意值10%/月。
4.结语 利用变压器油色谱分析,可以及早发现变压器及其他充油电气设备的内部潜伏性故障,在电力系统中发现和避免了许多重大设备事故,确保了电力设备的安全稳定运行。所以绝缘油色谱分析是电力设备绝缘试验必不可少的试验项目之一,尤其对潜伏性故障的分析更为重要。
相关链接：高效液相色谱仪检测变压器油中糖醛含量
电力变压器油专用气相色谱仪
电力变压器故障的诊断之法
电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。
1 电力变压器故障诊断的优点
油中溶解气体分析，在故障诊断方法上不仅是一门学科，而且是一门艺术，正确的诊断离不开科学原理与实践经验的结合，离不开不同学科知识的综合以及不同专业(如：化学、电气专业等)人员的配合测试仪器相关知识。通过油中气体分析，对早期诊断变压器内部故障和故障性质(包括故障类型、故障严重程度及发展趋势等)，提出针对性防范措施，实现变压器不停电检测和早期故障诊断等安全生产要求都具有极为重要的指导意义相关知识。
2 电力变压器产气故障类型及其油中气体特性
2.1 过热故障
过热故障产生的气体主要是甲烷与乙烯，而乙烯是主导成分测试仪器相关知识。若涉及固体绝缘材料，则会产生较多的CO、CO2测试仪器相关知识。若无CO、CO2，就可能属裸金属局部过热性故障测试仪器相关知识。
2.2 放电故障
(1) 高能量放电故障，又称电弧放电故障测试仪器相关知识。这种故障产气量大、气体产生剧烈，运用测定油中溶解气体的方法不易对其进行预诊断，往往是在出现故障(如：变压器轻瓦斯发信)后，我们才可根据油中气体、瓦斯成分的分析，对变压器故障的性质和严重程度进行诊断测试仪器相关知识。高能量放电故障气体主要是乙炔和氢，其次是乙烯和甲烷;若涉及固体绝缘，CO的含量也较高测试仪器相关知识。
(2) 低能量放电故障测试仪器相关知识。一般是电火花放电，其故障气体主要是乙烯和氢测试仪器相关知识。由于其故障能量较小，总烃一般不会高测试仪器相关知识。
(3) 局部放电故障测试仪器相关知识。其产气特征是氢组分较多(占氢烃总量的85%以上)，其次是甲烷测试仪器相关知识。局部放电的后果是绝缘老化，如任其发展，会引起绝缘损坏，甚至造成事故测试仪器相关知识。
449717568