浅析油中溶解气体分析变压器故障的相关注意事项

【摘 要】本主主要分析了油中溶解气体含量与变压器故障之间的关系，并针对采用油中溶解气体分析变压器故障的注意事项进行分析探讨，仅供参考

【关键词】变压器；油中溶解气体；色谱分析

1 油中溶解气体含量与变压器故障之间的关系

1.1 变压器油中溶解气体的来源

变压器油主要由烃类组成， 作为一种良好的介质，在变压器中主要用来绝缘和散热。但是，当设备中存在故障时，如发热、放电，导致变压器油中部分烃类物质的C-H、C-C 键的断裂，伴随着生成少量和不稳定的氢原子和碳氢自由基，这些氢原子和自由基通过化合生成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。

固体绝缘材料的分解也是气体来源的途径之一，变压器铁芯包含有大量的绝缘纸板， 绝缘纸板在温度高于105e 就会发生裂解，高于300e 就会完全裂解和碳化，裂解的过程中产生水的同时还生成大量的CO、CO2和极小量的烃类气体。

在某些情况，有些气体来源可能是因为非故障因素造成的，比如一些变压器由于制造工艺或所用的绝缘材料等原因，在运行初期往往造成H2、CO 和CO2增长较快；再如有载开关小油箱向变压器主油箱发生渗透而造成乙炔超过注意值的现象时有发生。另外，正常运行的变压器由于固体绝缘材料、变压器油的老化也是气体的来源途径。

1.2 变压器故障分类

变压器故障大致可以分成三类：过热、放电和受潮。随着变压器制造工艺的进步， 变压器的密封性越来越好， 受潮的现象很少见， 变压器故障主要是过热和放电。

过热依据温度的高低可以划分为低、中、高三种过热故障， 温度的高低不同， 油中溶解气体的特征气体不同， 低温过热的特征气体主要是烷烃（ 甲烷、乙烷等） ， 随着温度的升高， 当故障点温度达到500e 时，乙烯开始大量增加， 而当温度高于800e 的时候， 乙炔开始产生， 当然， 温度低于800e 也会产生少量的乙炔。

放电故障依据能量的大少可以分为高能量、低能量和局部放电。高能量放电又称为电弧放电，能量巨大，会产生大量的乙炔，总烃含量一般都较高； 甚至由于能量大， 产生的气体量过大，来不及溶解到油中，而进入气体继电器，引起瓦斯动作。低能量放电一般都表现为火花放电，主要气体组分是乙炔和氢气，由于其间歇性放电，能量较低，故总烃含量一般不会很高。局部放电是指液体和固体绝缘材料内部形成桥路的一种放电现象，一般可分为气隙放电和气泡放电，这种放电故障特征气体是氢气，氢气含量一般占氢烃组分总量的85%以上， 另外， 也会产生很少量的乙炔。

1.3 变压器故障识别方法

目前最常用的就是GB/T 7252- 2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》 所推荐的方法， 如改良三比值法，依据CO、CO2判断， 以及C2H2/H2、O2/N2等方法。另外，还有一些其他故障判断与识别方法，如图示法、四比值法、日本电协研法等。确定设备是否存在故障， 可参考对照GB/T 7252-2001 所提供的油中溶解气体含量的注意值。但是，注意值不是划分设备有无故障的唯一标准。当气体浓度达到注意值时，要追踪监督，结合设备运行的实际情况，历史试验数据，气体的增长速度等来综合判断。另外，一些非故障因素也要考虑，比如电流互感器在投运初期，单纯氢含量增长很快，部分设备超过注意值，但由于不是过热、受潮、放电等故障所引起，而是设备制造工艺、材料所引起，亦可判断为正常。当变压器气体继电器中聚集有游离气体时，应该同时取气体继电器中的气体和油样进行色谱分析，故障通过平衡判据法进行判断。

2 采用油中溶解气体分析变压器故障的注意事项

变压器油中溶解气体不仅仅来源于故障，绝缘油的正常劣化以及变压器的一些附属设备异常或故障都有可能产生各特征气体，用油中溶解气体分析法判断变压器故障的时候要充分考虑各种因素，以防止做出错误的判断，造成不必要的停电或检修。

下面是一些需要注意的事项。

（1）首先要判断油中溶解气体的特征气体是否来源变压器本身的故障， 防止误判断。主要有以下几个原因， 其一，油箱带油进行焊接， 由于电焊温度一般都在1000e 以上， 所以可能造成油箱油分解产生C2H2， 容易被错误地判断为放电（ 由于电焊时间短， 一般产生的C2H2量少， 往往被认为存在局部放电或火花放电） ，所以电焊结束24h后，应该及时进行色谱分析， 检测是否因为电焊而产生了乙炔。其二，补充油中如果含有乙炔，也会造成错误的判断， 所以添加新油时候，一定要保证所添加的油一定要符合变压器油投运前要求。其三，取样注射器清洁不够，少量残留油中含有乙炔，在取样的时候未对注射器进行清洗，就可能造成误判断。其四，对色谱峰识别错误。主要是乙炔峰， 因为乙炔一般不高，仪器发生波动，在乙炔峰附近出现其他峰，把非乙炔峰认成乙炔峰，造成判断错误。为避免这样的错误，建议试验人员做平行样，并测保留时间，防止识峰错误。其五，由于有载调压开关箱渗漏造成乙炔超过注意值，如果不仔细分析，就会易判断设备存在放电故障。

（2）运行中的变压器油中溶解气体色谱试验结果异常，要引起注意。如果判断是故障引起， 要缩短监督周期， 加强监督。特别是乙炔出现，即使没有超过注意值5u/l（ 500kV变压器为1u/l） ，也一定要引起注意，进行跟踪监督，以确保设备安全。乙炔多数情况都是因为放电故障所引起，放电故障的危害性极大，高能量放电往往造成严重设备事故。

（3）当气体继电器里聚集有游离气体的时候，要求取气样、油样， 通过平衡判据法分析设备故障。虽然气体继电器里都聚集有游离气体，可是它们的故障并非都是由故障引起。即引起气体继电器里聚集游离气体，除了因为严重的故障原因引起外，如注油未采用真空注油， 变压器呼吸系统不通畅，变压器因密封不好进气，设备内部出现负压区等都会造成气体继电器动作。

（4）当色谱分析发现异常的时候，要结合其他试验进行综合分析判断。如，当发现总烃、CO、CO2急剧增加，可以结合糠醛试验判断变压器故障是否危及固体绝缘。

（5）某些设备油中溶解气体超过注意值，但是通过分析可以判断为正常，无需进行跟踪监督和停电检修。目前这类问题表现最明显的有两类：电流互感器和500 kV 高抗。近年来，发电厂发现大量电流互感器在投运后氢气增长快，投运一段时间后氢往往超过注意值， 而其他组分却表现正常，这一类设备到5、6年后H2含量开始下降。分析其原因主要是由于制造工艺和材料所引起，依据GB/T 7252- 2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》9. 3. 1（c） /影响电流互感器油中氢气含量的因素较多，有的只是氢气含量超过注意值，若无明显增加趋势，也可判断为正常0。有文献指出，近年来通过对70多台500kV 电抗器的运行情况调查表明，总烃超过注意值的比例远远大于变压器。引起总烃超过注意值的原因与电抗器固有的运行方式有关，吊罩检查发现以铁芯因漏磁涡流发热引起居多。由于存在这种金属表面的低温过热，使得油中的CH4、C2H6含量很高， 有的电抗器在总烃数千u/l的情况仍在运行。研究分析表明，这种缺陷尚不会危及设备的安全运行， 故GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》9.3.1（b）指出/ 对330kV及以上的电抗器， 当出现痕量（小于1u/l） 乙炔时也应引起注意；如气体分析虽出现异常，但判断不致于危及绕组和铁芯安全时，可在超过注意值较大的情况下运行

3 结束语

变压器油溶解气体分析是经济判断变压器故障的一种有效方法，它能敏锐地发现变压器初期的潜伏性故障，对保证变压器安全运行极为重要。但是，在判断变压器故障时要结合设备的结构、历史试验数据及运行方式等，进行综合判断。从事色谱分析的工作人员要不断地积累现场工作经验，严格执行GB/ T7252- 2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，既要及时发现变压器故障，又要防止发生误判断，确保充油电器设备的安全运行。

参考文献：

[1]GB/T 7252-2001，变压器油中溶解气体分析和判断导则.

[2]咸日常.大型变压器故障的气相色谱综合分析[J].变压器，2003（4）.

[3]陈化钢.电力设备预防性试验技术问答[M].北京：中国水利水电出版社.