浅谈变压器油中溶解气体分析

摘要: 变压器油中的溶解气体分析是变压器故障诊断的主要依据，因此，就相关问题进行了详细地探究。首先，分析了变压器油中溶解气体的来源和特点；其次，讨论了变压器的故障类型和溶解气体的关系；最后，研究了变压器油中溶解气体的诊断方法。

关键词：变压器油；溶解气体；故障诊断Abstract: Transformer oil dissolved gas analysis is mainly based on transformer fault diagnosis, therefore, on issues related to the detailed inquiry. Firstly, analyzes the sources and characteristics of dissolved gas in transformer oil; secondly, discusses the relationship between the fault type and dissolved gases in transformer; finally, the diagnosis method of dissolved gas in transformer oil.

Keywords: Transformer oil dissolved gas; fault diagnosis;

中图分类号：TM4文献标识码： 文章编号:

引言：

可以利用离线色谱技术对变压器的油中溶解气体进行相应的分析，在一定的周期内从变压器工作现场采集油品，利用气相色谱仪器对油中溶解气体进行分析，从而能够获得变压器的故障形式，然而，利用这种技术存在一些弊端，例如，溶解油分析过程比较复杂，检测时间比较长、分析结果无法真正地体现出变压器的实际状况。因此，在线监测技术得到了广泛地关注，通过在变压器上安装检测装置对变压器油中溶解气体进行分析，从而能够更准确地判断出变压器的工作状态，为变压器的维护维修提供有利的信息支持。

1 变压器油中溶解气体的来源和特点

变压器油通常情况下以烃类为主， 属于一种非常优质的介质， 可以起到变压器的绝缘以及散热功能。然而，在变压器发生故障的情况下，例如，变压器发热、变压器放电等，将使变压器油中的一些烃类介质产生分解，主要体现在“碳-氢”键和“碳-碳”键的断裂， 并且产生一部分氢原子和碳氢自由基，具有不稳定性，最终产生以下气体：甲烷、乙烷以及乙炔等。

变压器油中溶解气体还来自于固体绝缘材料的分解，变压器铁芯有较多的绝缘纸板，绝缘纸的温度超过105℃将产生分解，超过300℃时将全部裂解以及产生碳化，裂解时生成水的同时还产生较多的一氧化碳、二氧化碳以及非常少的烃类气体成分。有时，变压器溶解气体有可能由于非故障原因产生，例如，由于制造工艺、绝缘材料的缺陷，使变压器在工作初始阶段迅速地形成氢气、一氧化碳和二氧化碳，或者产生有载开关小油箱和变压器油箱之间的渗漏，将产生较多的乙炔。此外，变化器绝缘材料老化也将产生溶解气体。

2 变压器的故障类型和溶解气体的关系

通常情况下，变压器油在热和电的影响下渐渐地分解，并且会形成一部分低分子烃类介质，如果变压器故障位置包括纤维，还将释放一氧化碳和二氧化碳。如果变压器内存在局部过热以及局部放电，将提高气体分解的速率。通常情况下，针对性质不同的变压器故障，绝缘材料形成的气体不一样；在变压器故障类型相同的前提下，因为程度不相同，溶解气体的量也不一样。因此，按照变压器溶解油中气体的量能够对变压器的故障类型以及故障程度进行有效地判别。

2.1 变压器的故障类型

一般情况，变压器内部故障主要有三种类别，分别是机械故障、热故障以及电故障，其中热故障和电故障是变压器的主要故障类型， 同时，变压器的机械故障主要通过热故障或者电故障反映出来。变压器在工作过程中产生的故障通常情况下为过热故障以及高放电故障。依据变压器现场的测试结果，电弧放电将产生较大的电流，变压器溶解油中可以释放乙炔、氢气和一部分甲烷；局部放电将产生较小的电流，变压器溶解油主要释放出氢气和甲烷；变压器油过热时分解出H2、CH4 和C2H4 等， 而纸和某些绝缘材料过热时还分解出CO 和CO2 等气体。

2.2 变压器的热故障

热故障主要是指在热应力的作用下导致绝缘材料迅速老化的现象， 能量密度一般具有中等水平。形成变压器过热故障的机制包括以下几种情况：分接开关接触不好，占所有热故障的50%；铁心多点接地、局部短路或者漏磁环流，占所有热故障的33%；导线产生过热现象、接头损坏或者紧固件松开，占所有热故障的14.4%；油道局部堵塞导致散热不好，大约所有热故障的2.6% 。如果变压器产生低温过热故障，一些变压器溶解油中的氢与氢烃总量比值将超过27%；如果变压器产生中、高温过热故障，氢气与氢烃总量比值将低于27%； 如果变压器产生高温过热故障，溶解气体以乙烷为主要成分，处于第二位的是甲烷，乙甲烷和甲烷之和在总烃中的含量将超过80%；变压器产生严重过热故障时，溶解气体不仅包括乙炔和甲烷，而且包括乙烯和氢气，同时也会释放出少量了乙炔，乙炔的质量分数小于等于烃总量的6%；如果和固体材料相关时，将形成大量的一氧化碳和二氧化碳。

如果裸金属产生过热现象，将使其周围的油发生分解现象，形成氢气和烃类成分，如果固体绝缘材料发生热分解，将释放大量的一氧化碳和二氧化碳。变压器内部故障形成的原因包括：分接开关没有良好地接触，引线和分接开关之间的焊接不佳，导线以及套管连接处不能较好地导电，铁心多点接地以及局部短路等。

纸（板）、布带以及木材等绝缘材料在受热时发生分解，产生的烃类成分不多，主要产生一氧化碳和二氧化碳。形成该故障的原因是变压器在过载条件下工作时，绝缘面产生大量的过热，或者裸金属过热导致附近的固体绝缘产生局部过热现象。

2.3 变压器的电故障

变压器内部由于放电而使绝缘材料分解产生大量气体，按照放电时能量级的差别，能够划分为高能量放电、低能量放电以及局部放电等不同故障类型。电弧放电主要体现为线圈匝以及层间击穿。其次是引线发生断裂、对地闪络以及分接开关飞弧等故障模式。释放气体的速度比较大，气体的量也比较大。特别是是匝和层之间的绝缘故障， 由于没有预兆，通常情况预测比较困难。形成的特征气体主要是乙炔和氢气，同时也包括一定量的甲烷和乙烯。

火花放电通常情况下产生下面的情况：引线、套管储油柜对电位没有固定的套管导电管产生放电现象；引线局部接触不好或者铁心接地片接触不佳导致的放电；分接开关拨叉电位悬浮而引起放电。变压器溶解气体主要是乙炔和氢气，同时也包括一定量的甲烷和乙烷，有些情况还包括一氧化碳和二氧化碳。由于故障能量比较小，通常情况下总烃的质量分数比较低，变压器溶解油中的乙炔在总烃中比率处于25%和90%之间，乙烯通常低于20%，氢气在总烃中的比率超过了30%。

3 变压器油中溶解气体的诊断方法

3.1三比值法

该方法广泛地应用于电力企业，在长期的应用过程中，发现三比值法的编码和变压器故障之间不具有对应关系，一些变压器的故障没有与对应的编码，经常产生缺码现象，为了能够弥补这一缺陷，可以利用人工神经网络、模糊理论以及粗糙集理论对三比值法进行改进，从而能够提高变压器故障诊断的精度。

3.2特征空间矢量法

该方法将变压器的故障等效为特征向量，通过对征兆向量和特征向量的比较对变压器的故障进行辨别。特征空间矢量法的基本思想如下：将变压器的故障进行分类，形成故障集合，建立特征矢量和变压器故障类型的关系；然后，对检测数据进行分析，从而获得变压器的故障征兆矢量；接着求解变压器故障征兆矢量和特征食量的夹角，根据计算结果对变压器的故障类型进行判断。

3.3气体谱图法

该方法主要是根据变压器溶解气体的谱图对其故障进行诊断。根据溶解气体中甲烷、乙烷、乙烯、乙炔以及氢气等气体的含量绘制溶解气体谱图，并且计算出谱图的均值、倾斜度以及突出度，从而能够准确地辨别变压器的运行状态，主要应用于以氢为主的变压器故障诊断中，通常能够获得较高的故障诊断精度。

4 结论

变压器油中溶解气体和变压器故障类型之间对应关系并不明确，因此，可以通过模糊理论、神经网络技术、灰色系统理论以及支持向量机技术等弥补传统故障诊断方法的不足，从而能够获得准确的故障诊断精度，促进变压器溶解气体在线监测技术的健康发展。

参考文献

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