电力变压器油色谱在线监测技术的探讨

电力变压器油色谱在线监测技术的探讨

杜燕华

（阳泉供电公司检修公司山西阳泉045000）

摘要：近年来，世界上许多国家都推出了在线监测设备，但仍存在一些缺陷，如采购成本高、检测设备灵敏度低、实验过程耗时长等。变压器在运行过程中难以实现实时监测，容易积累误差。因此，本文对变压器油中几种可溶性气体的检测过程进行了分析，根据实验和理论得出了上述检测设备的结构，并对气体的加工、分离、控制和检测方法进行了分析。

关键词：电力变压器；油色谱；在线监测技术

1研究在线监测装置的核心技术

1.1油气分离单元的原理

变压器油是由碳氢化合物组成的，一旦变压器发生故障，就会在故障部位周围产生故障气体，故障越严重的地方，故障气体的成分越复杂。不同的外部条件下会产生不同的动态平衡，此时合理分离混合气体十分重要。在此过程中，高分子膜的选择，也是十分关键的，实际操作中，常常会使用渗透系数较大的高分子膜。生产过程中，使用的油气检测设备分为分离气体部位和检测气体部位。分离部位使用的膜标准是F46，使用的不锈钢板是孔径与厚度均为2mm的多孔型。传感器室与气室是以隔离状态待机的，大气与传感器室是连通状态，气敏元件是长期带电的，确保设备能够正常工作。若要检测气室中的气体，就要将气室和传感器室连通，隔绝大气，为了使检测过程具有定时性，需要定时开闭电磁阀。

1.2气体检测单元的原理

空气泵投入使用时，油中气体和气室处于动态平衡，气体流通路径与测量管中的温度通过控制恒温箱达到最适。在色谱柱中，气体接触传感头的顺序为H2、C0、CH4、C2H4、C2H2、C2H6，辅助电路放大之后，会以电信号的形式输出。气体传感单元在检测过程中，灵敏度均比较高，但还是会因为气体特性的原因，出现交叉敏感的问题。从以往的研究结果中发现，解决上述问题仅仅改善单个传感器的选择性能是远远不够的，提高气体传感器的阵列技术才是最现实的解决措施。

1.3具体案例分析

某家电场＃1的变压器标准是220KV，2014年5月中旬，油色谱在线监测装置报警，总烃超出注意值348×10－12，乙炔含量符合标准，未超出注意值。通过分析各类色谱特征气体的指标，＃1变压器内部很可能发生了故障。2014年5月开始，＃1变压器每日检测的数据都存在异常。通过数据跟踪，发现＃1油色谱特征气体中总烃含量明显超标，5月中旬测得的总烃含量比注意值高出3．3倍，5月17日时，测得的总烃含量比标准值高出4．2倍。总烃中含量较多的气体为H2和C2H6，CH4和C2H4，其中CH4和C2H4的含量基本上占总烃含量的4/5，并且在检测过程中不断增长。油色谱中乙炔的含量较少，为2×10－12，并且增长速度较慢，碳氧化合物如一氧化碳、二氧化碳的增长速度也较慢。综上所述，油色谱中含量最多的特征气体是CH4和C2H4，其次是H2和C2H6。以三比值法编码为依据，得出700℃时产生的故障会使硅钢片或者油箱、铁芯等发生短路，也就是通常提到的裸金属过热。吊罩操作之后，通过检查高低压侧磁屏蔽，发现主变低压侧六处以上的夹件磁屏蔽托板及托板螺栓有发热痕迹。因为使用的螺栓以及夹件支板都是不锈钢材料的，所以这些器件在交变磁场中，交变的磁通量变化会使之产生感应电流即涡流。并且因为接地不良，产生的感应电流不能彻底释放，进而形成悬浮电位，所以就会出现由于夹件支板及螺栓在涡流的作用下出现的发热现象，产生一些特征性气体，干扰测量结果。

2出现油色谱故障气体的原因

通常情况下，电力变压器中会用油纸、纸板当绝缘材料。若是变压器的油箱里出现热故障、绝缘老化、放电等不良情况，就会产生一些具有代表性的气态物质，并且有一半气体在绝缘油里。所以探究变压器的故障部位时，可根据绝缘油中气体的主要成分进行判断。

2.1自然溶解气体

变压器中使用的油是隔绝空气的，但不论是在运输过程还是制作过程中，一些气体会直接溶解在油里。所以变压器在投入使用之前，为了防止油中有空气溶解，都会进行脱气操作，但是油中仍然存在少量残存气体。设备开始稳定运转时，绝缘物质会因为自身原因以及外界环境出现老化的现象，在此过程中会产生C02、低分子烃类气体以及H2，油中的溶解度抵达上限时，这些气体的释放量就会增大。

2.2热故障

一般情况下，变压器中的绝缘材料会因为老化出现局部发热的现象。如果产生的热量不会影响裸金属，就只会分解变压器油，进而产生CH4、C2H6等特征气体：若是温度较低，特征气体中含量最多的是甲烷；若是温度大于500℃，H2、C2H4在特征气体中的含量均会增大；若是温度大于70℃，会产生C2H2。如果热量促进固体绝缘材料分解，既会产生小分子的烃类气体，也会形成一些碳氧化合物，例如C0、C02等，热量要是持续增大，碳氧化合物的含量也会不断增大。

2.3放电故障

当装置中出现放电故障时，装置的内部就会产生火花，绝缘材料的抗老化能力便会减弱。以放电的强弱为依据，将放电故障分为电弧放电、火花放电以及局部放电。

（1）电弧放电主要的判断依据是特征气体比重的突然提升，检测时的特点为特征气体的含量多、时间短。这种情况下，产生的特征气体为H、C2H2、CH4、C2H4。

（2）火花放电的过程不是连续性的，消耗的能量也是比较少的。导致这种故障的原因是铁芯接地不良、开关使用不正常以及引线虚焊不良。这种情况下，产生的特征气体为C2H2、H2。

（3）局部放电故障经常会在套管与互感器上出现。用油纸构成的绝缘结构，在其绝缘薄弱、尖端、电场集中的部位出现重复性电击等情况。局部放电时，消耗的能量不同，产生的特征气体也不同。通过实际情况发现，气体通常是H2、CH4。只有在能量很高的情况下，才会产生少量的C2H2。

3诊断油中溶解的气体

不论变压器是在正常运行过程中，还是出现放电故障、过热时，都会产生C02、C0以及各种烃类气体。实际生产中，很难将发生故障时产生的气体与正常运行中产生的气体分离。与此同时，气体的成分还会被实验检测、电场、环境温湿度影响。所以，以气体组分为依据判断变压器出现故障的原因时，还要参考日常的数据、结构特征、运行环境。

3.1诊断注意值

油中存在的气体有一定的组分要求，以前就提出了相关标准，气体成分的上限量见表1，一旦超过下列数值，就需要进行离线分析操作。

表1变压器油中溶解气体含量的注意值

通过实践发现，判断故障是否严重仅仅依靠绝对值是不够的，还要分析产气的速率判断故障的严重程度。产气率直接与故障部位、故障点的温度以及消耗的能力相关。

3.2总烃变化趋势

在长期的实践过程中得出，变压器内会以下列三种规律呈现气体的总烃变化：随着时间的递增，总烃产气率会不断增加，这种故障产生的破坏力度较大，发展速度较快，突发性较强；随着时间的递增，总烃产气率会不断降低，这种故障出现的时间较短；随着时间的递增，总烃产气率不变，这种故障不会影响变压器的使用，只会出现在变压器的某个部位，破坏力度相较于第一种，是比较小的。

结束语

变压器油色谱检测设备的主要优势为得到的数据稳定性较好、检测的气体种类较多、检测数据的可比性较高等。在较大型的电力变压器上安装此种检测装置，可以得到可靠性较高的数据，在检修过程中有一定的参考意义。

参考文献：

［1］中国国电集团公司．中国国电集团公司二十五项重点反事故措施［Ｍ］北京：中国电力出版社，2015．

［2］李德志．电力变压器油色谱分析及故障诊断技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2013．