浅谈变压器油中溶解气体的形成及分析方法

【摘　要】运行中的变压器必须定期对箱体内的油进行取样分析，以实时在线监测变压器的内部状态。获取准确可靠的试验结果是正确诊断变压器故障的基本前提。

【关键词】变压器;油中溶解气体;形成;故障判别

1.变压器油的作用

变压器油作为绝缘介质，使各绕组之间以及绕组与铁芯和箱壳之间有良好的绝缘；另一方面它又是散热的媒介，将铁芯和绕组的热量进行传递冷却。变压器油在运行过程中与空气接触的机会比较多，在保护不良的情况下，很有可能渗入雨、雪和露水等。变压器在较高的温度下运行或是长时间过负荷时，上层油温在高温状态下，都会使变压器的油质变劣，电气绝缘强度降低。因此，除处理好变压器的散热、防潮及防劣化三个问题外，还应定期地取油样试验或安装在线监测装置，以实时了解变压器油质在运行中的状态，及时发现问题应并解决，避免事故扩大化。

2.变压器油中气体产生的原因

变压器油是具有不同键能的化学键键合在一起的碳氢化合物，不同的物质分子是原子以化学键联接所构成的，因各分子的不同化学键及不同的键能，在不同的温度下会产生不同气体。

在正常运行条件下，变压器油和固体绝缘材料由于受到电场、热、水分、氧的作用，随时间而发生速度缓慢的老化现象，产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物。

当变压器在故障状态下运行时，故障点周围的油温升高，其化学键断裂，形成多种特征气体。因不同键能的化学键在高温下有不同的稳定性，根据热力动力学原理，油裂解时生成的任何一种气体，其产气速率都随温度而变化，在一特定温度下达到最大值。随着温度的上升，最大值出现的顺序是： CH4、 C2H6、C2H4、C2H2。在温度高于1000℃时，还有可能形成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。故障下产生的气体通过运动、扩散、溶解和交换，存在于变压器油的各个部分。

随故障的发展，当产气量大于溶解量时，便有一部分气体以自由气体的形态释放出来，分解出的气体形成气泡，在油里经对流、扩散不断地溶解在油中。这些故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。因此，分析油中溶解气体就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障，并可随时监视故障的发展状况。

3.变压器常见内部故障及判断

3.1不同故障类型产生的气体

变压器内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等类型。油过热，主要生成气体CH4，C2H4；油纸过热CH4，C2H4，CO，CO2油纸绝缘中局部放电H2，CH4，CO；油中火花放电H2，C2H2；油中电弧H2，C2H2。

3.2故障判断概述

变压器故障诊断中应综合各种有效的检测手段和方法，对得到的各种检测结果要进行综合分析和评判，根据DL/T596-1996电力设备性试验规程规定的试验项目及试验顺序，通过变压器油中气体的色谱分析这种化学检测的方法，在不停电的情况下，对发现变压器内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常灵敏且有效。经验证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关，它们之间存在不同的对应关系。

对变压器故障部位的准确判断, 有赖于对其内部结构和运行状态的全面掌握, 并结合历年色谱数据和其它预防性试验(如绝缘、泄漏、空载等) 进行比较。

4.油中溶解气体分析

变压器故障检测主要有电气量检测和化学检测方法。在变压器诊断中，单靠电气试验方法往往很难发现某些局部故障及发热缺陷。油中气体的色谱分析这种化学检测主要是通过变压器油征气体的含量、产气速率和三比值法进行分析判断，它对变压器的潜伏性故障及故障发展程度的早期发现具有有效性。实际应用过程中，为了更准确的诊断变压器的内部故障，色谱分析应根据设备运行状况、特征气体的含量等采用不同的分析模型确定设备运行是否属于正常或存在潜伏性故障及故障类别。

油中溶解气体分析法就是根据故障下产气的累计性、故障下的产气速率和故障下产气的特性来检测与诊断变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障的。在特定温度下, 往往有某一种气体的产气率会出现最大值，这也证明了在故障温度与溶解气体含量之间存在着对应关系, 而局部过热、电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。

利用气相色谱法的特点和充油电气设备内部故障的类型及严重程度与某些特征气体有着密切的关系，可以直接从绝缘油中分析各特征气体浓度的大小，进而来确定变压器内部是否有故障，特别是这一检测技术可以在充油电气设备不停电时进行，定期对设备运行时的内部状况进行诊断，且不受外界因素的影响。因此，多年来利用气相色谱法分析油中溶解气体，检测充油电气设备潜伏性故障，已在国内外普遍使用，成为变压器等充油电气设备绝缘监督的一个重要手段。

在判断设备内有无故障时，首先将气体分析结果中的几项主要指标，（H2，∑CH，C2H2）与下表进行比较。

正常变压器油中气，烃类气体含量的注意值

注：表中值是根据对国内19个省市6000多台次变压器制定，其中统计超过注意值的变压器台数占总台数的比例为5%左右。

当任一项含量超过注意值时都应重视。但这些注意值不是划分设备有无故障的唯一标准，如有的设备因某种原因使气体含量较高，超过注意值，也不能断言判定有故障，因为可能不是本体故障所致，而是外来干扰引起的基数较高，这时应与历史数据比较，若没有历史数据，则需要确定一个适当的检测周期进行追踪分析。又如有些气体含量虽低于注意值，但含量增长迅速时，也应追踪分析。总之：不要以为气体含量超过注意值就判断为故障，甚至采取内部检查修理或限制负荷等措施。而最终判断有无故障的，是把分析结果绝对值超过规定的注意值，且产气速率又超过10%的注意值时，才判断为存在故障。　[科]

【参考文献】

［１］河南中分仪器股份有限公司.气相色谱仪培训教材,2011.

［２］中华人民共和国国家标准GB/T17623-1998.绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法.

［３］中华人民共和国电力行业标准DL/T722-2000.变压器油中溶解气体分析和判断导则.

［４］中华人民共和国电力行业标准DL/T703-1999.绝缘油中含气量的气相色谱测定法.

［５］董其国编著.电力变压器故障与诊断.中国电力出版社[M],2000:37.

［６］河南中分仪器股份有限公司.气相色谱仪（讲义）.