基于色譜分析實現(xiàn)電力機車變壓器故障診斷

王成東

（山東五岳電器有限公司，山東 泰安 271000）

根據(jù)電力機車變壓器油中各種氣體成分及對系統(tǒng)故障的影響的分析，建立了故障診斷系統(tǒng)，在windows操作系統(tǒng)平臺上根據(jù)診斷流程實現(xiàn)智能化的故障診斷，現(xiàn)該系統(tǒng)已用于鐵道部電力機車變壓器油潛伏故障的分析工作，各項性能均已達到設(shè)計要求。通過對電力機車變壓器油中溶解的各種氣體成分的色譜分析，可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并隨時掌握故障的發(fā)展情況。在色譜分析法的基礎(chǔ)上，對電力機車變壓器進行了研究，可以發(fā)現(xiàn)，變壓器在使用過程中存在著一定的故障風險，在對其故障風險進行了診斷后，制定了相應(yīng)的解決方法和工作系統(tǒng)，并且希望能夠在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的幫助下對電力機車的故障診斷工作，另外制定了一些強有力的解決方法，希望能夠有效解決動力電車變壓器故障的問題。

一、變壓器油中氣體成分的分析

在正常情況下運行的變壓器油中其溶解氣體O2和N2分別為30%和70%左右.當變壓器內(nèi)部存在潛伏故障時，熱分解產(chǎn)生的氣體以分子的形態(tài)存在，如果產(chǎn)氣速度很慢，則仍以分子的形態(tài)擴散并溶于周圍的油中，這樣，即使油中氣體含量很高，只要尚未飽和，一般就不會有自由氣體釋放出來。如果產(chǎn)氣速率很高，分解的氣體除一部分溶解于油中之外，還會有一部分成為氣泡而上升，并在上升過程中把油中溶解的氧氣和氮氣置換出一部分。這種氣體置換過程與氣泡上升的速度有關(guān)。氣泡越小，上升越慢，與油接觸的時間就長，氣體可能完全溶解于油中，最終進入氣體繼電器內(nèi)的幾乎只有空氣成分和溶解度低的氣體(如H2，CH4等)，而溶解度高的氣體在油中的含量較高，這就是故障早期階段的特征。相反如果氣泡大，上升速度快，與油接觸時間短，溶解和置換過程來不及充分進行，分解的氣體就以氣泡的形態(tài)進入氣體繼電器中.這就是在突發(fā)性故障時，氣體繼電器中積存的故障特征性氣體的含量往往比油中氣體含量高得多的原因。

此外，由于溫度上升時，空氣在油中的溶解度是增加的.對于空氣飽和的油，若溫度降低，將會有空氣釋放出來，這樣運行中即使是正常的變壓器，當溫度和壓力下降時，油中的空氣因飽和而逸出，此時僅僅分析氣體繼電器中積存的氣體，不能正確地判斷故障.因此必須對油中溶解的氣體加以分析，以便盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障并隨時跟蹤故障的發(fā)展情況.運行正常的變壓器油中溶解氣體的組分主要有O2和N2，運行時間較長的正常變壓器中，變壓器內(nèi)的絕緣材料在電或熱的作用下分解產(chǎn)生可燃和非可燃的各種氣體。

二、對電力機車變壓器系統(tǒng)設(shè)計進行分析

電力機車變壓器在運行工程中采用了色譜技術(shù)，并且利用了診斷處理系統(tǒng)，使得產(chǎn)生的氣體能夠進入色譜儀，進而對氣體進行分離，產(chǎn)生純凈的氣體，隨后，借用專門的儀器在計算機系統(tǒng)上轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，最后經(jīng)過一定的處理來對每種氣體的含量進行測定，將對應(yīng)的氣體名稱準確記錄，除此之外，還要將采集的數(shù)據(jù)合理保存，從而在診斷變壓器故障時有相關(guān)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

三、電力機車變壓器故障進行診斷

電力機車變壓器在運行過程中會產(chǎn)生一定量的氣體，這主要是為了對變壓器的運行狀況進行調(diào)查，確保其在出現(xiàn)異常狀況時能夠有準確的修理方案，確保變壓器能夠及時進行維修，兩降低對電力機車的影響，具體的分析判斷主要有以下幾個方面。

（一）對變壓器是否發(fā)生故障進行判斷

當變壓器在運行過程中出現(xiàn)故障時，會產(chǎn)生一定量的氫氣、烴類氣體、一氧化碳、二氧化碳等等。所以，在對變壓器是否發(fā)生故障進行判斷的過程中，可以對以上氣體的數(shù)據(jù)變化進行分析，最后再與標準值進行比較，工作人員要對數(shù)值變化較大的氣體進行分析；除此之外，還可以對設(shè)備進行跟蹤分析，對數(shù)據(jù)進行處理后進行判斷。另外，還應(yīng)該對數(shù)據(jù)低于標準值的氣體進行分析，確定其變化原因后再進行下一步分析。盡管有的數(shù)據(jù)變化大，也不能百分百說明變壓器在運行過程中出現(xiàn)了故障，因此需要工作人員根據(jù)實際情況對變壓器進行分析。

（二）對變壓器的損壞程度進行判斷

在實際的工作中，僅僅對氣體數(shù)據(jù)的變化進行分析是遠遠不夠的，這會在很大程度上出現(xiàn)誤差，因此，還需要對氣體產(chǎn)生的速率進行研究。氣體產(chǎn)生速度的快慢在很大程度上會受到變壓器故障部位、損壞程度以及變壓器內(nèi)部溫度的影響。由此可見，分析氣體產(chǎn)生的速度不僅可以對變壓器是否發(fā)生故障進行分析，還能夠?qū)ζ鋼p壞程度進行分析。在對電力機車變壓器進行故障分析時，可以將產(chǎn)生氣體的速度以及氣體數(shù)據(jù)的變化聯(lián)系起來進行分析，這樣便可以更加準確的對變壓器故障進行分析，從而可以更容易的分析出具體的故障部位以及損壞程度。

（三）對變壓器發(fā)生故障種類進行判斷

在實際的故障分析工作中，我們可以發(fā)現(xiàn)變壓器在運行過程中產(chǎn)生的氣體對其內(nèi)部性能有一定的影響，因此，可以借助三比值法來確定變壓器故障的種類，隨后根據(jù)專門的數(shù)據(jù)信息進行分析，確定具體故障種類。

總結(jié)：通過上文的論述可以發(fā)現(xiàn)，電力機車變壓器在運行過程中產(chǎn)生的氣體會對其正常運行產(chǎn)生影響，因此需要為其制定專門的研究方案，結(jié)合計算機對變壓器進行診斷，在此過程中，要注意數(shù)據(jù)的準確性以及真實性。當前，我國將此工作系統(tǒng)應(yīng)用在鐵道部，使得我國電力機車變壓器能夠正常運行，并且各項工作指標已能滿足當前的工作需求。