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1、油色谱分析在变压器故障诊断中的应用柳泽荣， 丁在兴， 翟岩， 刘增林（特变电工股份有限公司新疆变压器厂，新疆 昌吉8311OO）摘要：介绍了油色谱分析检测变压器故障的机理， 提出了判断变压器故障的性质、 程度、 类型的方法。关键词： 变压器；色谱分析；故障中图分类号：TM4 6文献标识码：B文章编号：1 1-8425（2 5） 9- 43- 4!前言近年来， 变压器油中溶解气体分析和判断 （以下简称油色谱分析）在变压器故障分析诊断中受到普遍重视，用这一方法来判断和检测变压器内部潜伏性故障是一种非常有效的手段，现已作为变压器的常规检测和试验项目列为国家推荐性标准：GB/T7252-2001变压器
2、油中溶解气体分析和判断导则（以下简称导则） 。熟练运用导则， 对正确分析和判断变压器发生的故障十分重要，下面简要介绍一下我们在应用 导则 开展油色谱分析工作的体会。“油色谱分析检测变压器故障的机理2.1油色谱分析方法的应用变压器的绝缘测试 （包括绝缘电阻、 吸收比、 介损、 泄漏电流和交流耐压试验等） ， 都需要变压器退出运行， 设备停电才能进行。因受停电机会的限制，变压器内部故障往往不能被及时发现。而且这些常规的绝缘试验也难于发现设备内部的潜伏性故障。色谱分析的最大优点是预测故障和检测故障均不要求变压器停电，只需从带电运行的变压器中提取少量油样，即可进行分析和检测变压器内部是否存在故障及故障
3、的严重程度。 实践证明， 色谱分析检测潜伏性故障的灵敏度和有效性非常高，检查缺陷的准确率几乎是100%。2.2变压器故障时产气的种类正常变压器油中气体含量与空气溶解形成平衡状态后，油中的含气量的主要成份是：O2为28%左右，N2为71%左右，CO2为0.3%左右， 另外还有较微量的烃类气体。 当变压器内部发生故障时， 由于油和绝缘纤维质的固体绝缘材料在电和热的作用下， 将分解出故障性气体， 通常这些故障性气体 （称为特征气体） 种类包括：H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO和CO2七种气体，其中CH4、C2H6、C2H4和C2H2四种烃类气体称为总烃， 通常用C1+C2表示。根据绝
4、缘油热分解的机理， 随着电或热故障点处的温度 （释放能量） 的升高， 这些特征气体的产生是有一定顺序的， 它们是按C-H，C-C，C=C，CC的键能顺序依次产生， 即产气的顺序是CH4、C2H6、C2H4和C2H2。另外， 由于碳氢键的键能最低， 生成热最小， 在各种故障的热分解中， 总是首先有H2伴随产生， 低能故障时产气是以H2和CH4为主。2.3变压器内部故障类型及发生部位变压器内部故障的类型分热故障和电故障两大类。热故障分低温过热（300以下） 、中温过热（300700） 和高温过热 （700以上） 故障。低温过热又分150以下的低温过热和300以下的低温过热。150以下的低温过热通常
5、是由于急救性负载造成的过负荷， 致使绝缘导线的过热； 而150以上的中、 高温过热的表现形式是局部过热现象， 主要发生的部位是在开关触头部位、 铁心多点接地部位、铁心局部短路部位、 电导体的过流部位、 电导体接头焊接部位、 漏磁集中部位和冷却油道堵塞部位等。电故障主要指放电现象， 放电包括电弧放电、 火花放电和局部放电三类。电弧放电故障多发生在匝间、层间和段间的绝缘击穿、 引线断裂、 对地闪络、 分接开关飞弧等部位。电弧放电属较严重的放电现象，这种放电现象大都是突然发生， 表现剧烈， 多引起气体继电器的跳闸动作。火花放电故障多发生在引线及导线连接处、 引线接触 （包括开关弧头） 不良处、 悬浮
6、导体对地间、 铁心接地不良处等裸金属部位。火花放电属中度放电第!“卷第#期 “$%年#月TRANSFORMER&()!“ *+,-+./+01)# “$%第42卷现象， 这种放电主要表现形式是间歇性放电， 在较长的时间内不断发生，会频繁引起气体继电器的产气报警。局部放电故障多发生在油中气泡、 气隙， 绝缘件的夹层、 空穴处， 悬浮金属导体周围处， 高电场中导电体和接地金属部件尖角部位处，高电场中的受潮绝缘体内。局部放电的形式是低能量、 低密度， 作用时间长， 外部表现不明显。2.4不同故障类型的产气组分 （特征气体）热性故障的产气组分： 热性故障 （以中、 高过热为主）的主要产气是以烃类气体中
7、的C2H4为主， 还有CH4和C2H6，而且随着温度的升高，C2H4所占比例增加并占有主要成份，通常生成C2H4的温度是500。电性故障的产气组分：对于电弧放电和火花放电而言， 因其放电能量较高， 放电部位处的温度也较高 （在8001200） ， 所以电弧放电和火花放电的产气主要是C2H2； 对局部放电， 因其放电能量较低，产气主要是H2和CH4。无论是热故障还是电故障，只要有固体绝缘介入 （故障部位有绝缘材料包敷） 都会产生CO和CO2，裸金属部位的过热和放电所产生的CO和CO2就不明显了。对正常运行的变压器， 其绝缘材料 （包括变压器油） 的老化会缓慢产生CO和CO2。变压器内部受潮， 主
8、要产气成分是H2。!油色谱分析用试验数据按 导则 规定， 油色谱分析的数据主要是两类，一类是特征气体的含量注意值，另一类是特征气体的产气速率，产气速率包括绝对产气速率和相对产气速率两种。特征气体的含量注意值规定如表1所示。特征气体的绝对产气速率 （mL/d） ， 即每天产气的某种特征气体的平均值， 其计算方法如下：a=C2-C1 tmp式中C1，C2两次取样的气体含量，L/Lt两次取样的时间间隔，d m设备的总油量，tp油的密度，t/m3绝对产气速率的注意值 （mL/d） ， 如表2所示。相对产气速率 （%） ， 即每月某种特征气体的含量增加原有值的百分数的平均值， 其计算方式如下：r=C2-
9、C1 C11 t100%式中C1，C2两次取样的气体含量，L/Lt两次取样的时间间隔，d“变压器故障的分析与判断4.1故障性质的判断根据所产生的特征气体组分来判断故障的性质。（1） 产气以H2为主： 主要是受潮。（2） 产气总烃以CH4为主， 并伴有H2产生： 属低能量、 低密度的局部放电。（3） 产气有C2H2发生： 为电弧放电和火花放电所致。（4） 产气总烃以C2H4为主： 为过热性故障所致。（5） 产气中CO和CO2： 热故障和电故障部位有绝缘介质介入就会产生CO、CO2； 变压器运行中油从空气中吸收CO2； 绝缘老化及油的氧化将会使CO和CO2的基值过高。 对CO、CO2含量没有严格规
10、定的统一注意值， 只是粗略地规定， 对开放式变压器CO2小于300L/L的属正常， 对运行年限较久， 负荷条件恶劣的变压器，CO2、CO含量值会较高， 也属正常。4.2故障严重程度的判断根据第3节中的油色谱分析用试验数据，可以判断故障严重程度。如根据产生的特征气体各组分含量的多少， 可判断故障的严重程度。 当特征气体超过5倍注意值时， 可判断为严重故障。 针对各组分的含量， 结合其产气速率的大小， 可判断故障的发展趋势。 如绝对产气速率已超过注意值时， 说明故障在发展， 应缩短检测周期， 进行跟踪分析； 相对产气速率表1特征气体含量注意值Table 1Attention value of co
11、ntent of characteristic gas设备气体组分投运前运行中220kV及以下330kV及以上变压器及电抗器氢气30（DL/T722规定为10）150150乙炔051总烃20150150套管氢气150500500乙炔021总烃150不考核不考核甲烷不考核100100表2绝对产气速率注意值Table 2Attention value of absolute gas productionspeed rate气体组分开放式密封式总烃612乙炔0.10.2氢51044柳泽荣、 丁在兴、 翟岩、 刘增林： 油色谱分析在变压器故障诊断中的应用第9期（对总烃） 大于10%时应引起注意。当产气
12、速率超过2倍以上时， 应判断为严重故障。4.3故障类型的分析判断按前述2.3节，变压器内部故障类型分热故障和电 故障或电故障兼热故障。为了能便于分析判断， 将故障类型具体列为以下8种表现形式， 即：300以下的低温过热；300700的中温过热；700以上的高温过热；局部放电；低能量放电 （火花放电） ；低能量放电兼过热；高能量放电（电弧放电） ； 高能量放电兼过热。对以上故障类型的判断方法主要采用两种方法， 即双比值法和三比值法。4.3.1用双比值法判定故障类型!“#“$“$过热性故障的判定可以用C2H4/C2H6的比值来判定。由于过热故障的主要产气是C2H4，所以当温度有300700及以上的
13、过热变化时， 该比值由3变化， 即低温过热比值3， 过热故障时C2H2基本没有或微量。!“#“$“%放电故障和放电过热故障的判定放电故障的主要产气量是C2H2，可以用C2H2/C2H4的比值来判定。低能量放电及低能量放电兼过热是以放电量为主， 所以该比值通常3； 高能量放电及高能量放电兼过热除放电量大外兼有过热作用，所以C2H2/C2H4比值在0.13之间 （即7属老化表现；CO2/CO3222表4故障性质对照表Table 4Comparison list of faults故障性质比值范围编码C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6无故障000低能量密度的局部放电210高能量密度的局
14、部放电110低能量放电12012高能量放电102低温过热 （700）02245第42卷收稿日期：2 4-11-1 作者简介： 柳泽荣 （1942-） ， 男， 黑龙江哈尔滨人， 特变电工新疆变压器厂高级工程师， 长期从事变压器设计和运行研究工作；丁在兴 （1974-） ， 男， 新疆昌吉人， 特变电工新疆变压器厂电建公司经理， 长期从事变压器制造、 技术服务、电建技术管理工作；翟岩 （1975-） ， 女， 新疆昌吉人， 特变电工新疆变压器厂助工， 从事变压器试验及技术服务工作；刘增林 （1972-） ， 男， 新疆昌吉人， 特变电工新疆变压器厂助工， 从事变压器制造及技术服务工作。Appli
15、cation of Oil Chromatographic Analysis to Transformer Fault DiagnosisLIU Ze-rong+ ,I-. Z/0-10ng+ Z23I4/n+ LIU Zeng-50n（Xinjiang Tansformer Works, Tebian Electrical Apparatus Stock Co., Ltd., Changji 831100, China）Abstract：The principle to detect transformer faults with oil chromatographic analysis i
16、s introduced.The method to judge the characteristics, degrees and sorts of transformer faults is presented.Key words：Transformer；Chromatogra.h/0 ana12s/s；3a41t常见的加氢、 脱氢催化剂） ， 使氢气单纯性增长。全密封箱沿焊死结构变压器，在制造加工时箱沿焊装造成的箱沿槽内变压器油裂解，渗入油箱内致使油中C2H2、H2超标。（2） 属于安装、 运行、 维护等的原因有：充N2运输时，N2不合格， 含H2、CO等其它气体。安装时脱气不净，未进行真
17、空注油或者运行中系统不严而进了空气， 引起气泡性放电， 造成H2单纯性增长。检修中带油补焊，使箱内油裂解，造成油中 C2H2单纯性增长。油处理设备的油泵缺陷造成油中C2H2单纯性增长。原用油不合格， 含有烃类气体， 或使用原发生过故障的变压器的油未经过处理，致使本次检测油色谱数据超标。变压器事故后虽经过油脱气处理，但由于器身绝缘中残留含故障气体的油在后来的运行中逐渐渗出来，致使变压器在检修处理完成后的一段运行时间里， 仍有特征气体的少量增长， 但其增长的特性是原故障的各种产气组分均在低含量线上的平均增长， 逐渐趋于平衡。强迫油循环冷却的潜油泵故障或油流继电器接点火花会使油中产生C2H2， 其含量微量增加。注油用油罐及油管路不干净，内存含故障性气体的原油， 注油时被带入变压器主体内。试验分析上操作有误， 主要表现在H2的标气含量的选用或定标上容易因操作不当而造成误判。!结束语几年来我们通过与电力部门的合作，在变压器运行中，对正常的和有故障的设备开展了油色谱分析， 工作中充分发挥和总结运用 导则 ， 为故障分析和处理提供了依据，从而保证了变压器运行的安全可靠性和检修的准确有效性。实践证明， 油色谱分析方法是行之有效的， 但是需要做到对 导则 规定内容深入了解和准确掌握，这样才能发挥油色谱分析方法在发现隐患和正确诊断中的重要作用。46