[技术文章]色谱分析在变压器潜伏性故障诊断中的应用

摘要：文中论述了采用色谱分析判定变压器内部故障的方式，列举了采用色谱分析判定变压器故障的工程实例。
要害词：色谱分析故障判定工程实例
1.概述
今朝，油浸变压器年夜多采用油纸组合尽缘，当变压器内部发生窜伏性故障时，油纸会因受热而分化发生烃类气体。由于含有分歧化学键结构的碳氢化合物有着分歧的热稳定性，所以尽缘油随着故障点温度的升高依次裂解生成烷烃、烯烃和炔烃。每种烃类气体年夜产气率都有一个特定的温度范围，故尽缘油在各不不异的故障性下发生分歧成份、分歧含的烃类气体。是以，变压器油中消融气体的色谱分析法，能尽早地发现充油电气装备内部存在的窜伏性故障，是监视与保障装备平安运行的一个重要手段。
变压器泛起故障时，尽缘油裂解发生气体，只有当油中气体饱和后，才能从瓦斯继电器反映出来。按曩昔沿用的瓦斯气点燃检查法，往往不能肯定故障缘由，造成误判定。用色谱分析法判定变压器内部故障，可以直接从尽缘油中分析各特征气体浓度的年夜小来肯定变压器内部是否有故障。我国对变压器内部故障气体各特征气体浓度的尺度值有划定，跨越这个值要用三比值法进行分析，判定出故障缘由。由于气体的扩散，使尽缘油在故障变压器内分歧部位所含气体各特征气体浓度分歧。运用气体扩散原理，在故障变压器的要害部位抽取油样，分析各个取样点的气体浓度，判定变压器内部故障部位。对于在运行中的变压器，经由过程色谱分析检查出早期故障时，特征气体微有增加或稳定在一定范围时，采用气体追踪分析的方式监控装备。当特征气体增加很快或含到达一定值时，说明故障成长迅速，必需立即遏制运行，对变压器进行吊罩，查找故障部位。
特征气体在液体中的扩散是在整台变压器油中，从密度年夜的区域向密度小的区域转移；其扩散速度愈快，说明该组特征气体浓度愈高。凭据这一理论，可以推出一个纪律：故障点的特征气体含高，扩散的速度越快；距离故障点越远，特征气体含越低，扩散速度也越慢。

2色谱法判定故障的经常使用方式
2.1按油中消融的特征气体含分析数据与注重值比力进行判定
特征气体主要包括总烃(C1～C2)、C2H2、H2、CO、CO2等。变压器内部在分歧故障下发生的气体有分歧的特征，可以凭据尽缘油的气相色谱测定成效和产气的特征及特征气体的注重值，对变压器等装备有无故障及故障性作出初步判定。
2.2凭据故障点的产气速度判定
有的装备因某些缘由使气体含跨越注重值，不能判定故障；有的装备虽低于注重值，如含增加迅速，也应引发注重。产气速度对反映故障的存在、严重水平及其成长趋向加倍直接和较着，可以进一步肯定故障的有无及性。它包括尽对产气速度和相对产气速度两种，判定变压器故障一定要用尽对产气速度。
2.3三比值法判定
只有凭据各特征气体含的注重值或产气速度注重值判定可能存在故障时，才能用三比值法判定其故障的类型。部颁《导则》采用电工委员会(IEC)提出的特征气体比值的三比值法作为判定变压器等充油电气装备故障类型的主要方式。此方式中每种故障对应的一组比值都是典型的，对多种故障的联合作用，可能找不到响应的比值组合，此时应对这类不典型的比值组合进行分析，从中可以获得故障复杂性和多重性的启迪。例如，三比值为121或122可以诠释为放电兼过热。
2.4故障严重水平与成长趋向的判定
在肯定装备故障的存在及故障类型的根蒂根基上，需要时还要领会故障的严重水平和成长趋向，以便实时制定处置措施，避免装备发生损坏事故。对于判定故障的严重水平与成长趋向，在用IEC三比值法的根蒂根基上还有一些经常使用的方式，如瓦斯分析、平衡判据和回回分析等。
2.5今朝国内经常使用的测定仪器及其特点
在国内运用较普遍的色谱仪有国产的GC-900-SD型、国外生产的岛津GC-14B型与惠普HP-6890型气相色谱仪，这两种色谱仪性能良、活络度高，但价格昂贵，且需经由过程改装才能知足测试要求。而采用BSZ系列变压器油色谱在线装配进行监测，可实时发现变压器油的异常情况，但只能测定油中烃类气体，对H2、CO、CO2的含不能测定。此外，便携式油中气体测试仪正在不竭开发运用，较成熟的有日本POD-410型油中气体测试仪与加拿年夜HYDRAN-103型油中氢气测试仪。这些仪器操作简单、携带利便，在现场就可进行油样测定，但不能对油中气体的7个组分全数进行测定，测定精度稍差。

3.工程运用
3.1变压器遭雷击故障前后的各项实验的分析
某变电所110kV容为20000kVA变压器遭雷击故障前后的各项实验的分析，其实验成效如表1所示。
表1　色谱实验数据
日期H2COCO2CH4C2H6C2H4C2H2总烃备注
6.1728.2126.52136.84.66.30.40.417.7定试
10.1520.8148.32149.33.24.51.11.114.9定试
11.11130.4150.82624.048.816.393.4123.4281.9雷击后
3.1.1油中消融气体分析：油中消融气体分析之所以能检测与诊断变压器等充油电力装备内部的窜伏性故障，是由于它必需知足以下三个条件来到达目的。
①故障下产气的累计性。充油电力装备的窜伏性故障所发生的可燃性气体，年夜部门会消融于油。随着故障的延续，这些气体在油中不竭堆集，直至饱和甚至析出气泡。是以，油中故障气体的含即其累计水平是诊断故障存在与成长情况的一个依据。
②故障下产气的速度。正常情况下充油电力装备在热和电场的作用下，也老化分化出少许的可燃性气体，但产气速度应很缓慢。是以，故障气体的产气速度，也是诊断故障的存在与成长水平的另外一个依据。
③故障下产气的特征。变压器内部分歧故障下，发生的气体有分歧的特征。例如：局部放电时总会有氢气；较高温度的过热时总会有乙烯；而电弧放电时也总会有乙炔。是以，故障下产气的特征是诊断故障性的又一个依据。
3.1.2尽缘实验成效：从尽缘实验成效来看，尽缘实验一切正常。故障前后基底细同，同时也找不出任何尽缘缺陷的依据。而色谱实验分析以下：
①各类故障气体的产气累计有较着的反映，致使主变压重视瓦斯动作，防暴筒喷油。
②总烃相对产气速度：
rr＝(Ci2-Ci1)/Ci1×(1/△t)×100
式中rr-相对产气速度，/月
　　Ci2-第二次取样测得总烃含，μl/L
　　Ci1-次取样测得总烃含，μl/L
　　△t-两次取样分析时间距离的现实运行时间，月
仅以后两次实验为依据，计较得相对产气速度：
rr＝(289.1-14.9)/14.9×(1/0.9)×100＝2004.2/月
而部颁《导则》相对产气速度的注重值为10/月(现已严重跨越注重值)
③特征气体：氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔有较着的年夜幅度增加，而乙炔和总烃已远远超越部颁《导则》的注重值尺度。
④经由过程故障性的三比值法计较得知是高能的放电性故障。
经由过程吊芯检查发现：一次B相线圈(该变压器为纠结式结构)，从第9盘到第10盘之间有较着的严重放电烧伤痕迹，导线也有局部烧伤的痕迹。经检修处置，消除故障。避免了故障的舒展。现在该主变运行秀。
3.1.3应注重的问题
(1)该主变在遭到雷击前已存在细小的窜伏性故障，在这类情况下，色谱实验应力争准确、适当的缩短实验周期增强监视。
(2)该变压器是蒙受到壮大的感应雷，沿导线进来的极性波作用在变压器的绕组上，使盘间局部电压升高而发生间隙性的放电。虽然局部匝、层间尽缘损坏还没有组成金属短路，但对田主尽缘未遭到破坏，是以，高压各项实验均为及格，无异常所见，也属正常。
(3)色谱分析是指在统一个充油装备中任何部位，只要有故障，都可较着的反应出来。其中包括放电性故障和过热性故障等。所以从该变压器的乙炔和总烃的数值完全可反映出有年夜的放电性故障存在。
(4)该变压器后决议吊芯检查是依据色谱分析的气体含决议的。若没有色谱的分析依据，单凭高压实验数据决议投进运行的结论是不够的，而该故障是属于严重的放电性故障。若在这类情况下投进运行，极可能由于合闸的瞬间发生操作过电压，使遭到损坏的尽缘部门重新建弧，致使在工频状态下将事故扩年夜烧损变压器。
3.2变压器内部放电故障
如某变电站2号主变的色谱测定成效可看出：故障后主变油样中的气体，以H2和C2H2为主，其次是CH4和C2H4，与高能放电即电弧放电故障发生的特征气体相符。但油中气体与瓦斯中的CO含都不高，说明故障不触及固体尽缘。
哄骗三比值法对其故障进行判定：C2H2/C2H4=2.4，CH4/H2=0.2，C2H4/C2H6=12.9，编码为102，其故障性为高能放电。CO2/CO=46.5比值年夜于10，说明故障触及纤维素劣化。
由IEC提出(计较值/实测值)比值为0.5～2.0可视为平衡状态，是以，可看出除CO、CO2气体接近平衡外，H2与年夜部门烃类气体的理论值与实测值相差较年夜，且气相气体浓度较着高于油中气体浓度，说明故障产气年夜，装备存在严重放电故障。

4.色谱法判定故障的不足的地方
油中气体分析对运行装备内部早期故障的诊断虽然活络，但由于这一方式的技术特点，使它在故障的诊断上有不足的地方，例如对故障的准确部位没法肯定；对触及具有统一气体特征的分歧故障类型(如局部放电与进水受潮)的故障易于误判。是以，在判定故障时，必需连系电气实验、油分析和装备运行、检修等情况进行综合分析，对故障的部位、缘由，尽缘或部件的损坏水平等作出准确的判定，从而制定出适当的处置方式。所以色谱分析是电力装备尽缘实验必不成少的实验项目，尤其是对窜伏性故障的分析更为重要。