變壓器油色譜在線檢測與故障診斷

馬繼元 鄭斌 馬海軍 馬夢鴿 張君浩 徐雅新

摘要：本篇文章分析了變壓器離線檢測的缺點，并介紹了在線檢測變壓器運行情況的一些方法，分析了變壓器氣相色譜檢測法工作的原理和優(yōu)點，怎樣利用檢測出的數(shù)據(jù)對設(shè)備進行維修，根據(jù)實際情況闡述了氣相色譜檢測法在實際應(yīng)用中需要注意的地方。

關(guān)鍵詞：變壓器;油色譜;在線檢測;故障診斷

引言

現(xiàn)在我國的直流輸電工程發(fā)展取得了很大的進步。換流變壓器是超高壓直流輸電系統(tǒng)中最重要的部件之一，換流變壓器工作情況決定了輸電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。檢測換流變壓器是為了避免變壓器出現(xiàn)絕緣，減少安全事故風(fēng)險，為電力系統(tǒng)提供一個良好的運行環(huán)境。一般情況下，局部放電檢測需要以放電期間的電脈沖、聲波、發(fā)光和發(fā)熱情況為標(biāo)準(zhǔn)，通過觀察這幾個物理量能夠了解電力系統(tǒng)的運行情況?，F(xiàn)在比較常用的檢測方法主要包括氣相色譜檢測法、脈沖電流法、超聲波檢測法、射頻檢測法、電磁波檢測法、光檢測法等。氣相色譜檢測法的優(yōu)點是穩(wěn)定性強、靈敏度強、操作簡單等，而且已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在換流變壓器檢測中，并且取得了不錯的效果。

1變壓器運行概述

設(shè)備維修的概念最早出現(xiàn)在二十世紀(jì)五十年代，那時候電網(wǎng)的電壓還很低，而且電容量也很少，及時電氣設(shè)備發(fā)生故障也不會造成太大的經(jīng)濟損失，人們通常會在事故發(fā)生之后進行維修，因為傳統(tǒng)的離線檢測和定期停運試驗都是間斷性評估，所以早期很難排查并解決故障問題，電氣設(shè)備運行存在較大的安全隱患。這些年以來，傳感器和光纖技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，并且已經(jīng)應(yīng)用到了電氣設(shè)備動態(tài)監(jiān)測當(dāng)中，實現(xiàn)了線上監(jiān)測，可以第一時間掌握變壓器的工作情況。根據(jù)之前的檢測經(jīng)驗和檢測標(biāo)準(zhǔn)來看，該技術(shù)的出現(xiàn)在檢測變壓器故障中有更好的效果，一旦出現(xiàn)故障將會在第一時間內(nèi)報警，技術(shù)人員可以迅速的做出應(yīng)對方案，在短時間內(nèi)解決故障問題可以降低故障帶來的損失，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)保障。

變壓器長時間的工作狀態(tài)下，自身溫度匯變高導(dǎo)致變壓器老化，或者是變壓器放電等其他故障，可以檢測油中的其他類型和含量判斷變壓器是否出現(xiàn)了故障，通常需要檢測的氣體有一氧化碳、二氧化碳、氫氣、乙炔、乙烯等，并且一般多為混合氣體。變壓器油中含有的氣體種類和含量是不一樣的，首先應(yīng)該確定變壓器正常狀態(tài)下的氣體含量，通過對比就可以判斷變壓器是否發(fā)生了故障以及故障程度。現(xiàn)在應(yīng)用比較多的檢測方法是氣相色譜分析法，該方法也叫作溶解氣體分析法，對判斷變壓器內(nèi)部故障原因有很重要的作用。

2變壓器油色譜分析的原理和優(yōu)點

氣相色譜分析法的檢測原理，需要通過氣體傳感器和色譜檢測兩種方法，對變壓器工作情況進行現(xiàn)場檢測。該方法主要包括了兩個環(huán)節(jié)，分別是定性分離和定量檢測。每一種氣體對應(yīng)的色譜柱長度都是固定的，因此通過色譜柱可以把這些氣體分離出來，并判斷氣體的類型。然后利用檢測器分別檢測這些氣體的含量，這叫做定量檢測。完成以上操作以后就可以了解變壓器油的基本情況，根據(jù)變壓器內(nèi)部情況判斷變壓器有沒有出現(xiàn)故障。在大量的試驗中發(fā)現(xiàn)，氣相色譜分析法有很多優(yōu)勢，比如操作簡單耗時短，氣相色譜分析法分析一種氣體成分只需要花費1分鐘時間，而且可以分析多種氣體，檢測的氣體種類越多平均時間就越小。該方法的有分離能力較強，就算是復(fù)雜的氣體混合物也，只要化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)沒有太大的差別，也可以快速的分離開。該方法只需要收集少量的樣品，分析一個樣品往往收集幾毫升即可。

3變壓器內(nèi)部的常見故障及原因

變壓器故障共有三種類型，分別是放電短路故障、過熱故障和設(shè)備進入空氣和水分的潛在故障。

3.1變壓器放電故障產(chǎn)生的原因

變壓器放電故障是一種比較常見的故障，放電類型也有很多種，例如火花放電、弧放電和局部放電。這三種放電故障有很明顯的區(qū)別;火花放電過程中產(chǎn)生的能量很少，主要原因是因為接觸不良，當(dāng)電流互感器引線沒有和外殼放電以及鐵芯接地片緊密接觸時就會出現(xiàn)這種情況?；》烹姽收袭a(chǎn)生的能量比較多，一般是因為線卷匝、層間絕緣擊穿、過電壓造成的。局部放電故障通常出現(xiàn)在變壓器引線、端部絕緣結(jié)構(gòu)或突出的金屬電極表面，當(dāng)油箱內(nèi)壁上的焊渣會影響絕緣結(jié)構(gòu)的電場分布，這就是造成局部放電的原因。

3.2變壓器過熱故障產(chǎn)生的原因

變壓器過熱故障根據(jù)溫度的高低可以分為高溫過熱、中溫過熱和低溫過熱。造成該故障的原因有下列幾種;引線接觸不良、鐵心兩點或兩點以上接地、分接開關(guān)接觸不良、鐵芯間短路、部分繞組短路或不同電壓比并列運行，以上現(xiàn)象都會導(dǎo)致循環(huán)電流溫度升高。

4氣相色譜數(shù)據(jù)的綜合判斷

三比值法作為當(dāng)前我國廣泛應(yīng)用的方法，完成檢測以后能夠?qū)⑽宸N氣體相比就可以建立五個比值，按照經(jīng)驗就可以確定比值范圍以及大小的含義，然后完成編碼可以對解決多種故障。這種辦法受到了世界各國的青睞，并且國際電工委員會也強烈認可這種方法。

4.1氣體產(chǎn)氣速率的注意值

氣體產(chǎn)氣速率也可以作為判斷變壓器內(nèi)部故障的一個基本指標(biāo)，產(chǎn)氣速率有兩種類型，分別是相對產(chǎn)氣速率和絕對產(chǎn)氣速率。前者有一個固定的參考標(biāo)準(zhǔn)，如果標(biāo)準(zhǔn)的氣體濃度比較低，誤差將會增加，所以絕對產(chǎn)氣速率應(yīng)用的更為廣泛，穩(wěn)定性也比較高，一般都是在氣體濃度即將超標(biāo)或者已經(jīng)超標(biāo)的時候采用該辦法。

4.2對二氧化碳及一氧化碳的判斷

一般情況下，開放式變壓器中的油和空氣接觸后，會有部分空氣溶解到油中，不過飽和度不會大于10%，因此設(shè)備中的一氧化碳含量不會大于300μL/L，如果變壓器固體出現(xiàn)絕緣老化，或者是油被空氣氧化，一氧化碳和二氧化碳的含量大概率會快速增加。一旦發(fā)現(xiàn)一氧化碳或者二氧化碳濃度超過了7，技術(shù)人員就需要檢查固體絕緣材料老化情況。如果一氧化碳和二氧化碳含量在3以下，大概率是因為溫度超過200℃造成固體絕緣材料老化，為了提高判斷的準(zhǔn)確性，需要計算出最后兩次測量數(shù)據(jù)的差值，根據(jù)差值再一次計算一氧化碳和二氧化碳的濃度，進一步確定故障和固體絕緣材料是否存在關(guān)系。

4.3乙炔含量分析及注意值

乙炔作為平時監(jiān)控較為關(guān)鍵的指標(biāo)之一，如果變壓器工作量好，油中是不會有乙炔的，所以可以根據(jù)乙炔判斷變壓器是否故障，如果乙炔的含量比較少則說明故障正在形成，如果乙炔的含量比較高說明故障已經(jīng)出現(xiàn)，主要故障時擊穿故障。乙炔的含量不能作為判斷故障嚴(yán)重程度的依據(jù)，需要根據(jù)乙炔產(chǎn)氣速率來判斷，也可以確定故障發(fā)生位置。

5變壓器油氣相色譜分析的注意事項

如果變壓器是準(zhǔn)備用于投運，油中氣體含量越低越好，如果發(fā)現(xiàn)了較高含量的H2、C2H2和（CH4+C2H2）等氣體，技術(shù)人員需要重點關(guān)注下列幾點;瓦斯有沒有開啟保護、瓦斯電氣中有沒有氣體、變壓器內(nèi)部的有是否經(jīng)過過濾脫氣處理、呼吸器硅膠變色是否在三分之二以下。檢查變壓器外殼焊接處密封情況，是否存在漏油問題。檢查繞組和鐵芯接地情況，檢查負荷是否超標(biāo)，冷卻器油泵持續(xù)工作有沒有影響油的質(zhì)量。

結(jié)語

總的來說，在線檢測可以根據(jù)數(shù)據(jù)判斷變壓器有沒有安全隱患和故障。通過三比值法可以準(zhǔn)確的判斷出設(shè)備故障原因和類型。從而盡快采取解決辦法。當(dāng)檢測人員發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)波動，要提前進行預(yù)防并重視起來。

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