色谱分析在变压器潜伏性故障诊断中的应用

电力18讯：    摘要：阐述油中溶解气体色谱分析判断变压器内部潜伏性故障的方法，并列举应用实例。
关键词：色谱分析　变压器油　气体　故障　判断
      1　概述
      正常情况下，油浸式电力变压器中的绝缘油及有机固体绝缘材料，在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物。当变压器内部发生潜伏性故障时，会加快这些气体的产气速度，并经对流、扩散不断溶解在油中，故障气体的组成和含量与故障的类型、严重程度有密切的关系。变压器油中溶解气体色谱分析法就是利用色谱法中的分配定律，测定出变压器油中溶解气体的浓度。根据分析结果和部颁《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（以下简称部颁《导则》），可诊断出变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障。因此变压器油中溶解气体的色谱分析法，能尽早地发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障，是监督与保障设备安全运行的一个重要手段。
      2　色谱分析诊断故障的常用方法
      2.1　油中溶解气体含量与注意值比较进行判断：
变压器油中溶解气体分析对象包括：氢（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）共7个组分，总烃（C1+C2）为甲烷、乙烷、乙烯和乙炔四种气体总和。将色谱分析测出的特征气体浓度与部颁《导则》规定的特征气体注意值（见表1）相比较，可对变压器等设备有无故障作出初步判断。
表1：变压器油中溶解气体含量的注意值       单位：μL/L
名称  C1+C2    C2H2     H2
含量  150         5           150
      2.2　根据故障点的产气速率判断：
产气速率为单位时间内某种气体组分的增长量，它包括绝对产气速率和相对产气速率两种，部颁《导则》规定产气速率注意值见表2。
有的设备因某些原因使气体含量基值较高，超过表1注意值，但增长速率低，不能断定为故障；有的设备虽低于注意值，而含量增长迅速，也应引起注意。因此，考查产气速率对反映故障的存在、严重程度及其发展趋势有更加直接和明显的作用，可以进一步确定故障的有无及性质。在考查产气速率时，还应调查设备的有关情况，如是否为新设备，设备近期是否经过大、小修等，以便可靠地判断实际的产气速率。
表2：总烃产气速率的注意值
名称型式                       开放式         隔膜式
绝对产气速率，mL/h      0.25           0.5
相对产气速率，%/月          10
      2.3　特征气体法判断：
当判断变压器内部可能存在潜伏性故障时，故障下产气的特征是诊断故障性质的又一个依据，可据此初步判断故障的性质。变压器等设备涉及产气的内部故障一般可分为两类：过热和放电。过热按温度高低分为低温、中温和高温过热三种，此类故障的特征气体主要是CH4与C2H4，一般二者之和常占总烃的80%以上，并随着故障点温度的升高，CH4、C2H4和H2的比例依次增大；放电又可分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型，此类故障的特征气体主要是C2H2和H2，其次是C2H4和CH4；另外，变压器内部进水受潮也是一种内部潜伏性故障，它的特征是H2含量单纯较高。
      2.4　三比值法判断：
只有根据各特征气体含量的注意值或产气速率注意值判断可能存在故障时，才能用三比值法判断其故障的类型。部颁《导则》采用国际电工委员会提出的特征气体比值的三比值法作为判断变压器等充油电气设备故障类型的主要方法。此方法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，可能找不到相应的比值组合，此时应对这种不典型的比值组合进行分析，从中可以得到故障复杂性和多重性的启示。例如，三比值为121或122可以解释为放电兼过热。又如在追踪监视中，发现比值组合方式由020→122则可判断故障可能是先有过热后发展为电弧放电兼过热。
对于在运行中的变压器，通过上述方法检查出可能存在潜伏性故障时，如特征气体微有增长或稳定在一定范围时，可采用气体追踪分析的方法监控设备；如特征气体增长很快或含量达到一定值时，说明故障发展迅速，必须立即停