电力机车变压器油溶解气体分析及故障判断的研究

电力机车变压器油溶解气体分析及故障判断的研究

冀友钢

太原局集团公司太原机务段技术科

变压器油和纤维绝缘材料在使用的过程中可能会受到周围环境的影响，就容易造成相关材料的老化和分解。而产生的大多数气体都是溶解在油中的。正因如此，其产生气体的速度就是比较慢的。如果变压器在早期出现故障时，气体产生的速度和量都比较大。因此，机器设备在初期出现问题时都比较明显。相关的技术人员就可以根据气体出现的情况来判断机车是否出现问题和故障。

一、变压器油溶解气体气相色谱分析及相关处理

1.1变压器油中溶解气体气相色谱分析

在进行变压器油溶解气体气相色谱分析时，相关人员就应该分析相关的气体。而气体主要是氢气、乙烯、甲烷，乙炔、一氧化碳、二氧化碳等。变压器油和相关的绝缘材料在不断的工作和运行过程中，容易受到光和热的影响，会使相关的材料逐渐老化和分解。而所分解的相关原料，就很可能会产生一些氢、碳等物质。这个时候如果变压器的内部出现问题，也会使这些气体物质产生的速度和量都会增加，并且这些气体都会溶解在油中。相关人员在判断故障类型和程度时，就可以通过分析气体的组成和相关含量来进行判断。油色谱分析法就是利用了气体含量和类型不同的相关情况。在进行色谱法的时候，工作人员可以将变压器油中的溶解气体进行分离，然后再经一系列的操作将气体分离到检测器。工作人员就可以通过对变压器油中溶解气体的相关含量、浓度以及组成成分进行分析，从而来判定电力机车是否出现了故障，并且也能更好地对故障的类型进行判断。

1.2变压器故障机理

变压器的故障可能是因为热故障或电故障引起的。机器设备如果温度小于300℃时，那么就可以说其处于低温过热的状态。如果气温度在300℃到700℃之间，那么就称其在中温过热的状态。如果机器设备大于700℃，那么它就在高温过热的情况下。而过热机理主要是因为电路存在局部的短路，从而造成了故障。与热故障相比，电故障的类型和处理方法则比较复杂。电性故障主要是由局部放电、火花放电以及高能放电引起的。放电对于机器设备的影响和破坏比较大。这是因为可能会因为放电直接轰击绝缘，从而造成局部绝缘受到损伤，然而局部绝缘的地方可能会延迟扩大。另一方面设备可能会因为放电所产生的活性气体，从而导致设备局部绝缘受到损坏，导致热击穿的现象出现。

（1）局部放电

相关人员根据绝缘介质的不同可以将局部放电分成气泡和油中局部放电。而如果根据设备的绝缘部位来区分的话，可以将绝缘的部位分成尖端、油与绝缘纸板的油隙等几方面。这是因为如果油中出现了气泡或者是绝缘材料中出现了空地，那么气体的介电系数就会变小。同时，如果电压电流所承受的场强比较高，在气体的空隙中就可能会出现放电的现象。除此之外，机器设备也可能会受到外界环境的影响，可能会因为外界的温度使油中出现气泡，都会出现放电现象。金属部件和其他部件可能会出现不良的接触，最终可能会出现放电的现象。总而言之，如果出现放电的现象，很可能会导致绝缘体的击穿和破坏。局部放电和其他放电的现象有所不同，这是因为色谱分析对局部过热现象的感知比较强，但是对局部放电的感知性能就比较弱。因此，相关的工作人员也应该观察设备的情况，进行更加准确的判断。

（2）一些高压电力设备在运行的过程中可能会受到外力的影响，就可能会造成设备的接触不良。高压和低压电机之间的金属部件可能会产生悬浮电位。而悬浮电位周围的场强比较集中和强，在此周围就可能会出现大量的气体。如果在这个时候变压器的部位接触不良，很可能就会使悬浮电位周围出现火花放电。火花放电的反应比较慢，同时现象也比较明显，容易被工作人员发现和解决。

（3）高能电弧放电

电弧在放电时所放电能是高能量的，由于其放电的能量的密度较大，产生气体也比较迅速和猛烈。因此其在放电的过程中很可能会使绝缘物质穿透，甚至还会造成机器设备的爆炸。但是高能电弧在放电前没有明确的预兆，如果出现放电的反应也会比较剧烈，造成的事故也比较严重。

二、故障类型的判断方法及应用

2.1三比值法

在电力行业中，利用三比值法可以有效地判断电气设备内部是否存在故障。在使用三比值法的过程中，相关人员可以通过对特征气体的三对比值来进行相关的判断。

2.2绝对产气速率和相对产区速率

在电气设备中，如果相关人员仅仅考虑到气体增长的绝对值，那么很难对故障进行更为准确的判断。甚至还会因为不能做出正确的判断而使问题变得严重。因此，相关人员在工作的过程中就必须要考虑到故障的发展趋势，也就是要对故障点的产气速率进行观察。所谓相对产气速率，就是对每运行月某一气体含量增加原有值的百分数的平均值进行计算。相关人员通过对相对产气速率进行观察，可以很好地判断出电气设备的内部情况。

结束语:如果电力机车的内部出现问题，那么所产生的原因也是比较复杂的。如果是利用色谱分析法，那么就需要整个过程进行综合的分析，同时也应该对气体含量进行更为完善的分析。如果是利用三比值法的话，也应该考虑到故障的性质和发展趋势。同时，无论变压器是受到热故障还是电性故障，都很可能会导致绝缘介质的绝缘性质受到破坏。总而言之，在进行变压器油溶解气体分解的分析时，所需要考虑到的东西非常多，同时也应该综合考虑到故障发生的整个过程可能会出现的现象和原因。

参考文献:

[1]李焕.电力机车变压器油溶解气体分析及故障判断的研究[J].铁道机车与动车,2016(12):32-34+43+63-64.

[2]付强.电力机车主变压器故障诊断技术研究[D].中南大学,2017.