降低主变绝缘油色谱实验的偏差率分析

降低主变绝缘油色谱实验的偏差率分析

王鹏

（国网山西省电力公司阳泉供电公司山西阳泉045000）

摘要：电力变压器是电力系统中最重要的电力设备之一，电力变压器的安全运行对保证供电可靠性、减少试验及维修的人力、物力都很关键。变压器内部发生各种类型的故障常常伴随着物理和化学的反应过程，变压器绝缘油内溶解的气体正是这些过程的产物，因此，可通过检测和分析变压器绝缘油内气体的成分和含量判断变压器的运行状态，诊断变压器的故障类型，常规油色谱分析即为其中的一种成熟的方案。但在对变压器进行常规油色谱分析时，对同一种样品多次试验，试验结果之间的偏差率往往大于国家规程规定的标准值。这严重影响了对变压器运行状态的判断和故障的诊断。本文重点阐述了改进绝缘油色谱试验的方法，放弃沿用已久的玻璃瓶取样法，直接用注射器取样，根据珠江三角洲某地区变压器取油阀的特殊性，自制与其匹配的取样工具，并直接改进试验流程，把以前在实验室完成的油样抽取工作直接放到了取样现场，最大限度地保留了绝缘油中的气体成分，为准确地判断主变的各种运行故障打下坚实的基础。在改进试验方法的基础上对珠江三角洲某地区内多间变电站内的主变压器绝缘油进行试验偏差分析，最后得出结论：本文所研究的新方法大大降低了油色谱分析结果的偏差率。

关键词：变压器；故障类型；绝缘油；色谱分析；注射器；偏差率

电网是当今社会的重要基础设施，电网的安全与稳定运行已越来越成为现代文明社会政治、经济、生活高效运作的有效保证。但是电网大规模瓦解及大停电事故却一直伴随着电网及社会的发展而存在。近几年来，全世界范围内已先后发生多次电力系统大停电事故，给社会带来了巨大经济损失及影响。假若变压器发生故障，其影响面大并且修复所需时间长，因此电力变压器的安全稳定运行是影响整个电力系统可靠性的重要因素，对其可靠性的改善将给整个电力系统的安全、稳定性和经济运行带来巨大的效益。对常规油色谱试验方法进行误差分析，采取相应措施，可实现对大型变压器内部运行状态的准确监控，及时发现和诊断其内部故障，弥补了常规试验室色谱分析的不足，为保证变压器的安全经济运行和状态技术检修提供了支持，以保证变压器及电网系统、安全、经济运行，给电力行业带来巨大的经济效益和社会效益。

一、变压器故障类型与油中溶解气体含量的关系

变压器的故障类型可分为电气类故障和非电气类故障，每一种故障都有其相应的故障特征，绝缘油中气体的成分和含量是反映故障特征的优良载体。

（一）绝缘油中特征气体来源分析

绝缘油是由多个不同分子量的碳氢化合物分子而组成的混合物，其分子中含有CH3、CH2和CH化学基团，由C-C键键合。放电性或过热性故障可以导致某些C-H键和C-C键断裂，生成数量较少活泼的氢原子和稳定性弱的碳氢化合物的自由基，这些自由基或氢原子通过多重化学反应后重新生成组合，生成低烃类气体和氢气，例如甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2，也有可能生成碳的碳氢聚合物（X-蜡）和固体颗粒。故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大的时候，将可能聚集成为游离气体。此外，油碳化生成碳粒的温度在500℃～800℃。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可以沉积在设备内部。绝缘油起氧化反应时，生成少量的CO和CO2，但CO和CO2通过长期积累，成为绝缘油中数量显著的特征气体。

（二）电力变压器故障类型与油中溶解气体的关系

变压器内部故障方式主要是机械的、热的和电的三种类型，而又以后两种为主，且机械性故障常以热的或电的故障形式表现出来。

热性故障是由于热应力所造成的绝缘加速劣化，具有中等水平的能量密度。过热故障的原因系分接开关接触不良引起的为50%；铁芯多点接地和局部短路或漏磁环流占33%；导线过热和接头不良或紧固件松动占14.4%；因局部油道堵塞造成局部散热不良约占2.6%。

在高的电应力作用下造成的绝缘劣化，按能量密度不同分为不同故障类型：

①弧放电，以线圈匝、层间击穿为多见，其次是引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障模式。②火花放电，常发生在以下情况：引线或套管储油柜对电位未固定的套管导电管放电；引线局部接触不良或铁芯接地片接触不良，而引起放电；分接开关拨叉电位悬浮而引起放电；③局部放电随放电能量密度不同而不同，一般总烃不高，主要成分是H2，其次CH4，通常H2占氢烃的90%以上，CH4占总烃的90%以上。

二、常规油色谱分析法的原理

色谱分析的目的是将样品中各组分彼此分离。组分要达到完全分离，两峰间的距离必须足够远。两峰间的距离是由组分在两相间的分配系数决定的，即与色谱过程的热力学性质有关。不同物体在同一固定相上分配系数的差异是所有色谱分离的实质性原因。但是两峰间虽有一定距离，如果每个峰都很宽，以致彼此重叠，还是不能分开。这些峰的宽或窄是由组分在色谱柱中传质和扩散行为决定的，即与色谱过程的动力学性质有关。因此，要从热力学和动力学两方面来研究色谱行为。塔板理论和速率理论则分别描述了色谱分析的热力学和动力学性质。近年来，我国科学技术不断发展，智能化的油色谱研究工作流程被设计出来，针对具体的工作流程来说有以下几个步骤：首先，仪器会在PC发动指令之后自动开始检测；其次，在气路系统当中充满空气之后，避免热导设备受损问题出现，在开机之前，还要保证载气输通完成，机器重启时问和载气输通时问呈现出正比例关系，落实加热设备正常通电工作后相应的柱箱以及相关检测仪就会开始升温，进而开始基线有效采集并观察研究基线平稳情况；在确定基线平稳之后，保证电磁阀1通电。在完成载气输通，使油当中的相关融解气体通入到色谱柱中，同时进行相关数据收集和有效上传；并且相关混合气体实现分离，当中吸附力较小的气体就会被推出，结束相关数据采样工作；最后，将装置关闭，对检测仪进行断电操作，进行载气关闭操作需待检测仪温度降低后进行，结束一次检测。

三、改进的油色谱分析方法

采用常规方法对变压器绝缘油进行色谱分析时，样品的采样和运送过程中存在诸多与空气接触的机会，从而使样品内的气体析出到空气中，空气同样可溶解于样品中，这样导致样品试验结果与第一次试验的试验值之间的偏差超过国标的规定值，严重影响到了对变压器故障的诊断。而采样过程不密封和装盛油样的工具不密封是导致偏差率过大的主要原因，为此，本章根据以上两点原因，制定相应的改进方案，降低试验偏差率。在取油样过程中，油有大量机会与外界空气接触，释放废油的过程也伴随着空气混入变压器油的过程。此外，变压器绝缘油从取油阀中流入广口瓶的过程当中，由于广口瓶瓶口内径较大，样品存在与空气充分接触的空间。因此，为了减小样品与空气的接触时间和空间，必须使油在整个取样的过程中在一个密闭的环境中进行，同时需保证采样的顺利进行和废液的顺利排放。

为了降低常规油色谱试验的偏差率，本文根据常规油色谱试验的工作流程和试验原理，采用头脑风暴法和排除法分析取样过程和装盛容器的问题是造成试验偏差率过大的原因，采取设计新的取样方案和运输的相应措施，改进试验流程，使试验偏差率大大降低，基本满足了国标的规定，对常规油色谱试验方法进行误差分析，采取相应措施，可实现对大型变压器内部运行状态的准确监控，及时发现和诊断其内部故障，弥补了常规试验室色谱分析的不足，为保证变压器的安全经济运行和状态技术检修提供了支持，以保证变压器及电网系统、安全、经济运行，给电力行业带来巨大的经济效益和社会效益。

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