變壓器油色譜分析及故障判斷

劉昱辰

【摘 要】變壓器作為電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中非常重要的設(shè)備，其運(yùn)行過(guò)程中，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，內(nèi)置的變壓器油會(huì)發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，而在變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，變壓器油的化學(xué)變化程度則會(huì)更嚴(yán)重，而且不同的故障會(huì)導(dǎo)致變壓器油呈現(xiàn)出不同的顏色，所以可以利用色譜分析來(lái)對(duì)油色的變化情況來(lái)對(duì)變壓器故障種類進(jìn)行判斷，確保變壓器故障能夠得到及時(shí)修復(fù)，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】變壓器；色譜分析；故障判斷；變壓器油；意義；

在當(dāng)前電力系統(tǒng)中變壓器應(yīng)用十分普遍，變壓器作為電壓調(diào)控裝置，其運(yùn)行的好壞會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行帶來(lái)直接的影響。因此要提高變壓器運(yùn)行的質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，充分利用變壓器油色譜分析來(lái)辨識(shí)變壓器存在的故障隱患，保證變壓器運(yùn)行的安全性和可靠性。

一、變壓器故障種類

1.溫度過(guò)高導(dǎo)致的故障，變壓器屬于帶電工作的設(shè)備，在其運(yùn)行過(guò)程中，一旦負(fù)荷電流過(guò)大時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生溫度過(guò)高的現(xiàn)象，而當(dāng)內(nèi)部溫度超過(guò)所能承受的最高值時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致其他部件受到不同程度的損壞，影響變壓器正常的工作。在變壓器溫度過(guò)熱故障中，最為常見能通常有裸金屬過(guò)熱及絕緣固體過(guò)熱等。

2.變壓器受潮導(dǎo)致的故障。在潮濕的環(huán)境下變壓器會(huì)發(fā)生故障。特別是水會(huì)對(duì)變壓器帶來(lái)嚴(yán)重的影響。而變壓器通常都是安裝在戶外環(huán)境中，這就導(dǎo)致與水接觸的機(jī)率較大，特別是在雨天，一旦雨水進(jìn)入到變壓器內(nèi)部，則會(huì)導(dǎo)致變壓器故障發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生爆炸。同時(shí)在潮濕環(huán)境下，變壓器內(nèi)部一些部件的正常性能也會(huì)受到較大的影響。

3.內(nèi)部漏電導(dǎo)致的故障。漏電也是導(dǎo)致變壓器發(fā)生故障的重要因素，由于變壓器作為電壓調(diào)節(jié)設(shè)備，其需要與眾多的電流部件進(jìn)行接觸，這就導(dǎo)致其出現(xiàn)漏電的機(jī)率增加，一旦變壓器內(nèi)部某一部件發(fā)生漏電現(xiàn)象，則會(huì)導(dǎo)致其他部件受損，對(duì)變壓器的正常運(yùn)行帶來(lái)較大的影響。

二、變壓器故障的原因

運(yùn)行中的變壓器，其故障的發(fā)生都會(huì)存在著一定的潛伏期，在這段時(shí)間內(nèi)變壓器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列的效應(yīng)和信息。特別是在當(dāng)前大型電力變壓器的絕緣和散熱都是用油來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣在運(yùn)行電壓下，各種電、熱、氧、局部電弧等多種因素作用下變壓器油和油中的固體有機(jī)絕緣材料都會(huì)發(fā)生變質(zhì)和裂解，產(chǎn)生低分子氣體，同時(shí)這些氣體的產(chǎn)生速度由于所于變壓器內(nèi)部潛伏性過(guò)熱及放電故障下會(huì)加快，而且這些裂解出來(lái)的氣體在油中形成氣泡，經(jīng)過(guò)對(duì)流和擴(kuò)散等不斷的溶解在油中，而不同故障所產(chǎn)生的氣體組分和含量也會(huì)有所差異，從而可以作為判斷變壓器故障的特征量。

三、利用色譜分析故障的原理

變壓器的設(shè)計(jì)原理中，絕緣工作的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)變壓器油和絕緣材料來(lái)進(jìn)行，變壓器油加上特殊的絕緣材料，能夠在變壓器的正常工作中，有效地對(duì)電流進(jìn)行絕緣，維持變壓器內(nèi)其他部件的正常工作。而變壓器油是從石油原油中分離出來(lái)的一種油質(zhì)，因此，變壓器油也包含了石油的構(gòu)成元素烷烴、環(huán)烴族飽和烴等化學(xué)有機(jī)物。變壓器在正常的工作過(guò)程中，內(nèi)部的電流轉(zhuǎn)換等化學(xué)反應(yīng)會(huì)對(duì)變壓器油的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生一定的改變。處于運(yùn)行中的變壓器，在運(yùn)行過(guò)程中各種因素的影響，其絕緣材料和變壓器油原有的化學(xué)性質(zhì)會(huì)受到不同程度的破壞，從而導(dǎo)致一些性質(zhì)上的變化發(fā)生，特別是變壓器油在變壓器運(yùn)行過(guò)程中其受在溫度過(guò)高時(shí)發(fā)生化學(xué)變化，從而使其原有的化學(xué)構(gòu)成元素出現(xiàn)改變，有一些氣體得到分解出來(lái)。變壓器油在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，其化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而有氣體產(chǎn)生，這些氣體充分的融入到油質(zhì)中，從而導(dǎo)致變壓器油的色譜發(fā)生改變，呈現(xiàn)出來(lái)的顏色也會(huì)有所不同。特別是在變壓器發(fā)生故障時(shí)，變壓器油的顏色則會(huì)變化的更為突出。主要是由于在故障時(shí)，變壓器油與絕緣材料會(huì)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，從而導(dǎo)致更多的氣體產(chǎn)生，使變壓器油的色譜變化更為明顯。故障不同，變壓器油質(zhì)所表現(xiàn)出來(lái)的顏色也會(huì)存在差異。由于變壓器油與故障之間的這種變化關(guān)系，所以可以利用色譜分析來(lái)對(duì)變壓器故障種類進(jìn)行判斷，確保及時(shí)找到故障的原因并盡快解決。

四、油色譜分析在故障判斷中的應(yīng)用

1.故障下產(chǎn)氣的特征。變壓器一旦內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，其所產(chǎn)生的氣體性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的變化。因此可以根據(jù)所產(chǎn)生氣體的性質(zhì)和屬性等來(lái)對(duì)故障進(jìn)行辨別，如在放電情況下會(huì)產(chǎn)生氫氣、高溫情況下會(huì)產(chǎn)生乙烯、電弧放電時(shí)會(huì)有乙炔氣體產(chǎn)生。針對(duì)所產(chǎn)生的氣體特征來(lái)對(duì)故障進(jìn)行判斷。

2.故障下產(chǎn)氣的速率。在變壓器油中溶解的可燃性氣體在電場(chǎng)與熱環(huán)境下會(huì)進(jìn)行分解，而且氣體產(chǎn)生的速度也會(huì)加快。因此在對(duì)變壓器是否存在故障進(jìn)行判斷時(shí)，可以根據(jù)變壓器油中氣體含量及增長(zhǎng)速度進(jìn)行判斷。一旦變壓器存在故障時(shí)，在對(duì)故障判斷時(shí)可能參考變壓器油中氣體產(chǎn)生的速度，以此為依據(jù)來(lái)判斷故障具有科學(xué)性和合理性。

3.故障產(chǎn)氣速率判斷法。（1）當(dāng)需要對(duì)變壓器是否存在故障進(jìn)行判斷時(shí)，可以根據(jù)變壓器油中總烴含量及產(chǎn)氣速率，利用油色譜分析來(lái)對(duì)故障類型進(jìn)行判斷。根據(jù)油色譜分析所得到的變壓器油中總烴絕對(duì)值及總烴產(chǎn)氣速度都低于注意值時(shí)，可以判斷變壓器正常，沒有故障發(fā)生。（2）總烴大于注意值，但不超過(guò)注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率小于注意值，則變壓器有故障，但發(fā)展緩慢，可繼續(xù)運(yùn)行并注意觀察。（3）總烴大于注意值，但不超過(guò)注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率為注意值的1～2倍，則變壓器有故障，應(yīng)縮短試驗(yàn)周期，密切注意故障發(fā)展。（4）總烴大于注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率大于注意值的3倍，則設(shè)備有嚴(yán)重故障，發(fā)展迅速，應(yīng)立即采取必要的措施，有條件時(shí)可進(jìn)行吊罩檢修。

4.故障下產(chǎn)氣的累計(jì)性。一旦運(yùn)行中的變壓器存在一些潛伏性問(wèn)題時(shí)，則在變壓器油中會(huì)有一些氣體產(chǎn)生，并溶解在變壓器油中。當(dāng)油中溶解的氣體達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，會(huì)有氣泡隨之產(chǎn)生，因此根據(jù)故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)氣的累計(jì)量能夠?qū)ψ儔浩鞴收线M(jìn)行判斷。

5.在利用色譜對(duì)變壓器故障進(jìn)行分析時(shí)，數(shù)據(jù)做為必要的參考，但僅僅依托于數(shù)據(jù)合理即對(duì)故障進(jìn)行判斷是不科學(xué)的，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器存在的故障隱患。但當(dāng)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在較大波動(dòng)時(shí)，需要增加采樣分析頻率，確保分析結(jié)果的科學(xué)性。

五、變壓器油色譜分析在故障判斷中的意義

1.維持變壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)。變壓器的正常運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有重要的影響，所以要確保變壓器處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下。通過(guò)對(duì)變壓器油的色譜分析，能夠及時(shí)的了解到變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而有針對(duì)性的制定解決對(duì)策。色譜分析對(duì)于維持變壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的意義。

2.及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障。變壓器的維護(hù)工作是變壓器運(yùn)行管理中的重要工作內(nèi)容，其主要目的就是確保變壓器的健康穩(wěn)定運(yùn)行，避免因?yàn)榘l(fā)生故障而影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。所以通過(guò)色譜分析，能夠及時(shí)的獲取變壓器的潛在故障，為維修人員提供維修依據(jù)，從而提前消除故障隱患，避免故障的發(fā)生，為變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造有利的條件。

總之，變壓器工作是否正常，可以通過(guò)油色的變化情況真實(shí)的反應(yīng)出來(lái)，色譜分析法是當(dāng)前電力系統(tǒng)對(duì)變壓器運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)較為常用的方法，通過(guò)色譜分析可以有效的根據(jù)變壓器油色變化來(lái)對(duì)變壓器的工作狀態(tài)進(jìn)行有效掌握。所以通過(guò)掌握色譜分析方法來(lái)對(duì)變壓器油色進(jìn)行辨別，可以有效的維護(hù)變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，及時(shí)排除變壓器存在的隱患，確保電力系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李瑞.淺析大型變壓器油色譜分析及故障判斷.2017.

[2]張亞民.大型變壓器狀態(tài)評(píng)估及故障診斷技術(shù)研究.2018.

（作者單位：南京鋼鐵股份有限公司）