变压器油色谱异常的分析

变压器油色谱异常的分析

王秉乾

内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布供电公司

摘要：变压器能否正常工作是确保电力系统正常运转的关键因素。电力系统安全、稳定的运行离不开变压器。所以，做好变压器的维护保养是电力公司相关部门的一项重要工作。本文主要针对变电站变压器油色谱异常分析和处理进行总结，文章中以某一变电站作为本文的研究实例，总结了变压器油色谱检测技术的应用要点，并对其异常故障问题的解决进行综合管控，确保变电站变压器装置应用更加高效。

关键词：变电站；变压器；油色谱异常

1变压器油的化学组成及其作用

变压器油又叫绝缘油，是一种由多种碳氢化合物构成的矿物油，由石油蒸馏、精炼而成，主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃等化合物。变压器油作为一种矿物油，其绝缘强度要比空气绝缘强度高，所以将绝缘材料浸在变压器油中，可以提高绝缘强度，同时，浸在油内避免与空气接触又能减少潮湿空气对部件的腐蚀。变压器油由不同化学成分组成，具有比热大的特点，所以又可以作为一种冷却剂使用，主要是在变压器运行中会产生一定热量，内部的铁芯和绕组周围的油温会上升，通过上下层油的对流，使热量通过散热器排出，保证变压器不会受自身运行产生的热量影响正常工作。变压器油还有消弧的作用。

2对变压器油色谱异常进行分析的必要性

变压器是风电设备中主要设备之一。风力发电场中，变压器分布在各个设备间，各自起到不同的作用。由于风力发电机组主要是将风能转换成机械能，最终转化为电能，这一过程中，自然界风的方向和速度是人为难以控制的，就导致风力发电输出功率不稳定，而变压器的空载和负载损耗会受这些因素影响，这样一来就需要对变压器的节能性有较高的要求。

3变电站变压器油色谱检测原理

变压器内的绝缘油是一种矿物绝缘油，在一定条件下会发生化学变化。通过化学变化产生的化学物质，可以侧面判定变压器内部的状态。对于判断变压器内部故障有检测价值的气体主要有氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳。另外通过烃类气体的总和，自由气体（即变压器设备内油面上的气体）也可以反映出变压器内部情况。

由于绝缘油是一种矿物质油，是一种由碳氢化合物分子组成的混合物，主要化学分子有CH3、CH2、CH化学基团并由C-C键键结合在一起。变压器在运行过程中会产生一定的热量，而电或热故障可以使C-H键和C-C键断裂，伴随化学变化产生一些氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基，氢原子与自由基通过化学反应重新化合作用，形成氢气和低分子类烃气体，如乙烷、甲烷、乙炔、乙烯等，同时也有可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。

在变压器出现故障初期，所形成的气体会溶解于油中；当故障出现时间较长或产生能量较大时，可能聚集成自由气体；而变压器油通过化学反应产生的碳的固体颗粒和碳氢聚合物会沉积在设备的内部。当变压器出现低能量故障，如局部放电现象时，C-H键由于化学键较弱，稳定性差，经过离子反应会产生断裂，断裂后大部分氢离子会重新发生化合反应生成氢气。当温度较高时，C-C键通过吸收较多的能量使化学键断裂，迅速化合成烃类气体。

通过哈斯特气体分压-温度关系，烃类气体的产生需要不同的温度环境，乙烯在约500℃的高温情况下会产生，而甲烷和乙烷产生的温度就相较之较低。乙炔需要在800℃~1200℃的高温下产生，温度降低时，其反应会受到一定程度的抑制。由此可见，产生乙炔的条件是需要较高的温度，这种反应通常是在产生电弧的条件下生成。

变压器绝缘油在发生氧化反应时还会伴随生成CO和CO2，这两种气体能够长期积累，在检测时数量较多。而变压器绝缘油在500℃~800℃时会发生碳化反应生成碳的固体颗粒。

色谱检测仪正是利用了这些特性，气体产生需要不同条件，不同温度产生物质不同等原理，作为检测仪的检测原理，将变压器油进行取样，通过色谱检测仪进行检测，检测油样中各物质含量，分析变压器的状态以及故障问题。同时变压器的运行是一个持续长期的过程，在这一过程中，由于某些故障问题可能为绝缘油提供了化学反应的条件，分解出一些气体，这些气体溶解在绝缘油中，而气体的组成成分和含量与故障类型和严重程度密切相关。所以，通过分析变压器油，了解变压器情况，尽早发现潜在问题，是十分有必要的。

4变压器油色谱检测异常分析

变压器油是供电系统中的一个主要的绝缘材料,它在一定意义上控制了变压器的正常操作与运转。在突发事件中,电力变压器的绝缘退化和潜伏故障将会带来大量的光、电、声、化学等变化,以及各种干扰因素和信号。目前，对大容量的变压器，其绝缘、散热和消弧作用基本都是以油为介质，在工作电压下，由于各种原因，如电、热、氧化、局部电弧等，变压器油和油中的固体有机绝缘物质（如纸、纸板等）会发生老化和分解，分解为低分子的烃类气体以及一氧化碳、二氧化碳等气体；而当变压器内部生成的热和电出现故障时也会产生这些气体，所以在进行判别时，要结合设备使用和运行情况进行具体分析。另外变压器中的潜伏式过热或放电失效会加速气体的产生。它所形成的物质组成和成分在某种程度上可以反映出变压器的绝缘老化或损坏的状态,被视为一种表征

量,可以体现出该设备的实际运行状况。

自预防性检修制度提出后，各供电单位定期对其所溶气体成分、含量及产气速度进行分析，得出了一种能早期发现故障并判断其是否危害电网安全的方法。油层析技术是将变压器油带到实验室，用色谱仪对其进行分析，通过检测结果分析故障问题。

通过油色谱检测仪的结果进行故障分析方法有很多。如可以根据不同故障产生的气体进行分析，判断设备故障类型。

如运用三比值法判断设备故障类型。三比值法主要是将五种气体值组成三组比值，将三组比值编码，不同编码对应不同故障类型（色谱仪分析的气体对象主要有氢气H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、丙烷C3H8、丙烯C3H6、丙炔C3H4、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、氧气O2、氮气N2。但在分析的过程中对于丙烷、丙烯、丙炔可以不进行详细分析，此三种气体主要是用于总烃含量的计算。另外对于氧气和氮气，是作为辅助判断数据，不能作为直接判断依据）。

三比值法通过五种气体的三种比值进行判断，而通过对一氧化碳和二氧化碳的判断，也可以判断一些故障问题。例如一些与固体绝缘相关的故障问题，此时一氧化碳和二氧化碳会明显增长。

虽然在正常情况下，固体绝缘的老化过程也会产生含量大致相同的一氧化碳和二氧化碳，但是固体绝缘老化的情况下，二氧化碳与一氧化碳的比值大于7，而在高于200℃的情况下，固体绝缘与故障相关时，二氧化碳与一氧化碳的比值一般小于3。所以通过一氧化碳和二氧化碳的判断方法得到的结果，可以与三比值法相结合，进行综合分析。

另外通过对O2/N2、C2H2/H2的比值进行分析，可以判断变压器油是否有氧化的情况以及变压器有载调压污染的迹象等。通过取样分析，含气量有明显的增长趋势，可能是存在渗漏现象。

参考文献

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