浅谈变压器油中溶解气体分析与故障诊断

摘要：在电力系统的各种电气设备中，变压器是其重要的组成部分。采用油中溶解气体分析（DGA）技术对变压器故障进行早期故障诊断，可减少变压器不必要的事故停用，对保证电力系统安全可靠运行有较大的作用。文章对变压器油中溶解气体的组分及故障诊断方法进行了分析讨论。

关键词：变压器 油中溶解气体 故障诊断

变压器是电力系统中最重要的设备，用途非常广泛。变压器内的绝缘油和有机绝缘材料随着运行时间的增加，在热和电的长期作用下会逐渐老化和分解，并产生极少量的气体，这些油中溶解气体包括氢气、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳等。但是，当变压器内部出现故障时，油中气体的含量就会发生很大的变化。随着故障的发展，当产气量大于溶解量时，便有一部分气体以游离气体的形态释放出来。实践证明，绝大多数的变压器初期缺陷都会出现早期迹象，因此，测量分析溶解于油中的气体含量就能尽早的发现变压器内部故障。

一、油中溶解气体的成分分析

变压器绝缘材料热分解所产生的可燃和非可燃性气体达20种左右。因此，为了有利于变压器内部故障判断，选定必要的气体作为分析对象是很重要的。目前国内外所分析的气体对象是不统一的，我国按DL/722-2000要求一般分析9种或8种气体，最少必须分析七种气体。变压器中的故障特征气体种类为：O2、N2、H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2。以这九种气体作为分析对象的原因见如下：O2主要了解脱气程度和密封好坏；N2主要了解氮气饱和程度；H2主要了解热源温度或有没有局部放电；CO2主要了解固体绝缘老化或平均温度是否高；CO主要了解固体绝缘有无热分解；CH4、C2H6、C2H4三种气体主要了解热源温度；C2H2主要了解有无放电或高温热源。

二、变压器内部常见故障与油中溶解气体的关系

变压器内部常见故障可大致分为电性故障和热性故障两种。油中溶解的气体可反映故障点引起的周围油、纸绝缘的电、热分解本质。气体特征随故障类型、故障能量及其涉及的绝缘材料的不同而不同，即故障点产生烃类气体的不饱和度与故障源的能量密度之间有密切的联系。如电性故障分高能量放电和低能量放电两种类型，高能量放电所产生的特征气体是C2H2和H2，而低能量放电所产生的特征气体主要是H2和CH4；热性故障所产生的特征气体以CH4和C2H4为主。

三、变压器故障诊断方法

1.故障严重程度诊断

对变压器进行早期故障诊断时，除考虑气体含量外，还需考虑气体的产气率，根据产气速率来判断变压器内部故障的发展趋势。实际分析时，是以油中溶解气体含量和产气速率都超过其注意值时，判定为存在故障。绝对产气速率的计算式如下：

r■=■×■[1]

式中，ra为绝对产气率，ml/d ；ci1 ，ci2 分别表示第一次取样和第二次取样测得油中组分i 气体浓度，滋L/L ； t 表示二次取样间隔中的实际运行时间， d；m 表示变压器总油量， t； 籽表示油的密度，t/m3 。该计算式没有考虑气体的逸散损失，对于开放式变压器，这种气体逸散损失是不可忽视的，计算式（1）只适用于封闭油箱或隔膜密封变压器。变压器绝对产气率注意值如表1所示。

绝对产气率表示法具有计算方法简单、能直接反映出故障性质和发展程度等优点，在实践中得到了应用。

2.故障类型诊断方法

①三比值法。三比值法是指采用五种特征气体的三对比值，以不同的三对比值和不同的比值范围来进行编码，来判断变压器的故障。三比值法的编码规则和故障类型判断分别如表2和表3。

在应用三比值法时要注意的是，只有当油中气体和产气速率超标时才能应用三比值法，对于气体含量和产气速率正常的变压器，比值没有意义。

②三比值法的不足。目前DL/T722-2000已推荐表2和表3的三比值法作为设备内部故障诊断的主要方法，此方法可以简单、有效的判断变压器的故障，但在实际应用中也存在一些不足。例如“编码盲点”问题，对于有些编码，找不到对应的故障；对于复合故障的判别，也不令人满意；而且，三比值法只能大致判断出故障的性质，无法确定故障发生的部位，因而无法提出具有针对性的维修措施以迅速排除故障。虽然三比值法有上述一些缺点，但是三比值法作为一种有效诊断变压器内部故障的方法的重要性是毋容置疑的。

四、变压器故障诊断步骤

根据数据分析结果进行内部故障诊断时，应按如下思路进行诊断：判断有无故障；判断故障类型：如低温过热、高能量发电等；诊断故障的状况：故障功率、故障源面积、故障点部位、严重程度等；提出处理措施：如能否正常运行，继续运行能否保证设备本身的安全性，或是否需要停运检修等。当通过气相色谱仪分析得出油中气体含量数据之后，建议按图1进行变压器内部状况的诊断。

五、发生内部故障时的处理

1.取油样观察，有无悬浮颗粒，有无芳香气味等外观检查和油中溶解气体的色谱分析。

2.考察故障的发展趋势，也就是故障点（如果存在的话）的产气速率是与故障消耗能量大小，故障部位，故障点的温度等情况有关。

3.当认为变压器内部存在故障时，可用三比值法对故障的类型作出判断。

4.在气体继电器内部出现气体的情况下，应将继电器内气样的分析结果与油中取出气体的分析结果作比较。

油中溶解气体分析的目的是用来检测变压器内部是否存在潜伏性故障，了解故障发生的原因、类型和严重程度，并预测设备的未来状态。但造成油中溶解气体增长的原因多种多样，如有时油中故障特征气体的产生与运行和检修有关。因此，当根据油中气体分析认为可能存在内部故障时，还应结合电气、化学实验结果和运行检修史，以及外部检查等进行综合判断。这样，不仅有助于明确故障类型，而且也有利于对故障部位做出估计。

参考文献：

[1]操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]许青山.电力系统故障诊断及故障恢复[M].北京：中国电力出版社，2001.