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：文中阐述了采用色谱分析判断变压器内部故障的方法，列举了采用色谱分析判断变压器故障的工程实例。
关键词：色谱分析 故障判断 工程实例
1.概述
    目前，油浸变压器大多采用油纸组合绝缘，当变压器内部发生潜伏性故障时，油纸会因受热而分解产生烃类气体。由于含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性，所以绝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。每一种烃类气体最大产气率都有一个特定的温度范围，故绝缘油在各不相同的故障性质下产生不同成分、不同含量的烃类气体。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。
    变压器出现故障时，绝缘油裂解产生气体，只有当油中气体饱和后，才能从瓦斯继电器反映出来。按过去沿用的瓦斯气点燃检查法，往往不能确定故障原因，造成误判断。用色谱分析法判断变压器内部故障，可以直接从绝缘油中分析各特征气体浓度的大小来确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标准值有规定，超过这个值要用三比值法进行分析，判定出故障原因。由于气体的扩散，使绝缘油在故障变压器内不同部位所含气体各特征气体浓度不同。应用气体扩散原理，在故障变压器的关键部位抽取油样，分析各个取样点的气体浓度，判断变压器内部故障部位。对于在运行中的变压器，通过色谱分析检查出早期故障时，特征气体微有增长或稳定在一定范围时，采用气体追踪分析的方法监控设备。当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，必须立即停止运行，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，从密度大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。根据这一理论，可以推出一个规律：故障点的特征气体含量高，扩散的速度越快；距离故障点越远，特征气体含量越低，扩散速度也越慢。

2色谱法判断故障的常用方法
2.1按油中溶解的特征气体含量分析数据与注意值比较进行判断
    特征气体主要包括总烃(C1～C2)、C2H2、H2、CO、CO2等。变压器内部在不同故障下产生的气体有不同的特征，可以根据绝缘油的气相色谱测定结果和产气的特征及特征气体的注意值，对变压器等设备有无故障及故障性质作出初步判断。
2.2根据故障点的产气速率判断
    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。它包括绝对产气速率和相对产气速率两种，判断变压器故障一定要用绝对产气速率。
2.3三比值法判断
    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(IEC)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。
2.4故障严重程度与发展趋势的判断
    在确定设备故障的存在及故障类型的基础上，必要时还要了解故障的严重程度和发展趋势，以便及时制定处理措施，防止设备发生损坏事故。对于判断故障的严重程度与发展趋势，在用IEC三比值法的基础上还有一些常用的方法，如瓦斯分析、平衡判据和回归分析等。
2.5目前国内常用的测定仪器及其特点
    在国内应用较广泛的色谱仪有国产的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，这两种色谱仪性能优良、灵敏度高，但价格昂贵，且需通过改装才能满足测试要求。而采用BSZ系列变压器油色谱在线装置进行监测，可及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的含量不能测定。此外，便携式油中气体测试仪正在不断开发应用，较成熟的有日本POD-410型油中气体测试仪与加拿大HYDRAN-103型油中氢气测试仪。这些仪器操作简单、携带方便，在现场就可进行油样测定，但不能对油中气体的7个组分全部进行测定，测定精度稍差。

3.工程应用
3.1变压器遭雷击故障前后的各项试验的分析
    某变电所110kV容量为20000kVA变压器遭雷击故障前后的各项试验的分析，其试验结果如表1所示。
表1　色谱试验数据
日期 H2 CO CO2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 总烃 备注
6.17 28.2 126.5 2136.8 4.6 6.3 0.4 0.4 17.