電力變壓器故障油色譜分析

    變壓器油色譜分析技術(shù)已經(jīng)成為發(fā)現(xiàn)油浸變壓器早期故障隱患、故障后分析故障性質(zhì)與部位等的有效手段之一，油浸變壓器的狀態(tài)檢修完全能夠以油色譜數(shù)據(jù)作為依據(jù)。

　　試驗(yàn)對(duì)變壓器定期進(jìn)行油色譜分析是非常必要也是非常重要的，它可以在不停電的情況下迅速有效地發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的潛伏性故障及缺陷。特別是對(duì)過熱性、放電性和絕緣破壞性故障等，不管故障發(fā)生在變壓器的什么部位，都能很好地反映出來(lái)。氣相色譜法也有一定的局限性，如很難判斷故障的準(zhǔn)確部位，甚至還會(huì)由于誤判而造成不必要的檢修。

　　1 油色譜分析的原理變壓器大多采用油紙復(fù)合絕緣，當(dāng)內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時(shí)，油紙會(huì)因受熱分解產(chǎn)生烴類氣體。含有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔镉兄煌臒岱€(wěn)定性，絕緣油隨著故障點(diǎn)的溫度升高依次裂解產(chǎn)生烷烴、烯烴和炔烴。在正常情況下，充油電氣設(shè)備內(nèi)的絕緣油及有機(jī)絕緣材料，在過熱或電的作用下會(huì)逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的低分子烴類氣體和一氧化碳及二氧化碳?xì)怏w，這些氣體大部分溶解于油中。當(dāng)充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在潛伏性過熱和放電性故障時(shí)，就會(huì)加快這些氣體的產(chǎn)生速度，隨著故障的發(fā)展，分解出的氣體形成氣泡在油中對(duì)流、擴(kuò)散，并不斷溶解在油中。故障氣體的組成及含量與故障類型和故障嚴(yán)重程度關(guān)系密切。因此，在變壓器、互感器等充油設(shè)備運(yùn)行過程中，定期做油的色譜分析，能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障，以避免設(shè)備發(fā)生故障或造成更大的損失。

　　2 變壓器故障類型分析變壓器故障類型包括：過熱、放電和絕緣受潮3種類型。

　　（1）設(shè)備絕緣性不好，起不到保護(hù)變壓器的作用，有可能導(dǎo)致設(shè)備過熱引起故障。起不到很好的保護(hù)設(shè)備的作用，導(dǎo)致絕緣材料迅速的分解。具體過熱性的故障類型還可以分為裸金屬過熱和固體絕緣過熱。

　　（2）放電性原因是設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)了產(chǎn)生電的效應(yīng)，分為高能量放電（電弧放電）、低能量放電（火花放電）和局部放電，這是按照生電效應(yīng)的強(qiáng)弱劃分為三種形式。下面介紹各自故障的特征：1）高能量放電（電弧放電）：高能量放電是指線圈匝間、層間絕緣擊穿，過電壓引起內(nèi)部閃絡(luò)，引線斷裂 引起的閃絡(luò)，分接開關(guān)飛弧和電容屏擊穿等引起電弧放電故障。這類故障產(chǎn)氣急劇，產(chǎn)氣量大。其故障特征氣體主要是乙炔（占總烴20%～70%）和氫氣，其次是乙烯和甲烷。由于故障能量較大，所以總烴很高。如果涉及固體絕緣一氧化碳也相對(duì)較高；2）低能量放電（火花放電）：這是一種間歇性的放電故障。如鐵心片之間、鐵心接地不良、鐵心與穿心螺絲接觸不良等造成的電位懸浮放電。其主要?dú)怏w成份也是乙炔和氫氣，其次是乙烯和甲烷氣體。但由于故障能量較小，一般總烴不太高；3）局部放電故障：常發(fā)生在油浸紙絕緣中的氣體空穴內(nèi)或懸浮帶電體的空間內(nèi)，該類放電產(chǎn)生的特征氣體是氫氣，其次是甲烷，當(dāng)放電能量密度高時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生少量的乙炔氣體，一般不超過2%。無(wú)論是哪一種放電，只要有固體絕緣介入時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w。

　　（3）絕緣設(shè)備變質(zhì)性能低下不能起到很好的保護(hù)作用時(shí)候，變壓器會(huì)因此受潮出故障，這時(shí)候的特征氣體變現(xiàn)為 H2 的含量比較高，其他特征氣體的含量不會(huì)有太大明顯的變化，但是這個(gè)時(shí)候要注意芳烴的含量，因?yàn)榉紵N本身具有“抗析氣”的特性，要考慮到不同牌號(hào)油的含有芳烴的多少是不相同的，作用在電場(chǎng)下所產(chǎn)生的氣體含量也是不一樣的，在分析診斷故障類型的時(shí)候要注意這些因素的存在。

　　3 變壓器油色譜分析試驗(yàn)步驟與方法3.1 取油樣方法一般對(duì)于變壓器油色譜分析試驗(yàn)可在設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行取油樣。取樣前要保證設(shè)備不存在負(fù)壓的狀況。取油樣使用的玻璃注射器必須經(jīng)密封檢查試驗(yàn)合格，取樣時(shí)從設(shè)備下部的取樣閥門取油樣，在特殊情況下，也可以從其他取樣部位取樣，但是所取的油樣必須能夠代表油箱本體的油。設(shè)備上的取樣閥門須完全符合全密封取樣方式的要求。取樣前要排除管路內(nèi)的“死油”和空氣，同時(shí)用設(shè)備本體中的油沖洗管路。取樣時(shí)要防止氣泡生成。對(duì)大油量的變壓器取油樣采用100mL玻璃注射器（記作B），采樣量為50～80mL。整個(gè)過程要盡量隔絕空氣。對(duì)于無(wú)較強(qiáng)油循環(huán)的設(shè)備，應(yīng)充分考慮氣體在油中擴(kuò)散的影響，需在試驗(yàn)后隔一段時(shí)間后再進(jìn)行取樣。

　　3.2 脫氣方法及取氣方法脫氣方法可采用機(jī)械振蕩法。步驟如下：以5mL玻璃注射器A 作為貯氣玻璃注射器，用少量試油沖洗器筒內(nèi)壁1～2次后，取試油0.5mL，立即用橡膠封帽密封，插入雙頭針頭，保持針頭垂直向上。將注射器內(nèi)的空氣和試油緩緩排出，使試油充滿注射器內(nèi)壁縫隙而不致殘存空氣。將注射器B中的油樣調(diào)節(jié)至40.0mL（V1），立即用橡膠封帽密封（密封前封帽內(nèi)的空氣用手動(dòng)或是通過填充試油的方法擠出）。取5mL玻璃注射器（記作 C），用氣體 N2 清洗 1～2 次，排除空氣，準(zhǔn)確抽取5.0mLN2，將 N2緩慢注入注射器B內(nèi)。

　　將注射器 B放在振蕩器的振盤上（注射器B的頭部要比尾部高約5°），恒溫定時(shí)。啟動(dòng)振蕩器，持續(xù)振蕩 20min，然后靜止10min（室溫在10℃以下時(shí)，振蕩前，注射器B要進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱）。將注射器B取出，立即將注射器B中平衡氣體采用微正壓法轉(zhuǎn)移到注射器A內(nèi)。靜置2min，讀數(shù) Vg（準(zhǔn)確至 0.1mL）。

　　3.3 標(biāo)樣的制作儀器采用外標(biāo)法進(jìn)行標(biāo)定。用1mL玻璃注射器D抽取已知組分濃度 Cis 的標(biāo)準(zhǔn)混合氣 0.5ml（或 1mL）進(jìn)行標(biāo)定，記錄各組分的峰面積 Ais （或峰高 his）。重復(fù)操作至少兩次，標(biāo)定的重復(fù)性應(yīng)在其平均值的±2%以內(nèi)，取平均值。

　　3.4 樣品分析用1mL 玻璃注射器（記作D）從注射器A中準(zhǔn)確抽取樣品氣體0.5mL（或 1mL），進(jìn)樣分析。量取所得色譜圖上各組分的峰面積 Ais（或峰高h(yuǎn)is），重復(fù)脫氣操作兩次，取其平均值。儀器標(biāo)定與樣品分析所用進(jìn)樣注射器以及進(jìn)樣體積應(yīng)相同。