變壓器油色譜分析及故障診斷

彭波

摘要：由于科技的發(fā)展，人們對電的要求越來越高，那么變壓器作為電廠中確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要設(shè)備之一，對其檢查與維修及預(yù)知是非常重要的。但是在實際中變壓器的檢查與維修不僅工作量巨大還要求工作人員要擁有較高的專業(yè)能力。其中，油色譜出現(xiàn)異常是變壓器出現(xiàn)故障所表現(xiàn)出來的重要形式之一，所以針對電廠變壓器油色譜出現(xiàn)異常的問題，對問題進行分析、處理才能夠有效地解決變壓器故障，進一步保證電廠運行的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：變壓器油色譜;故障診斷

1變壓器油的化學(xué)組成

變壓器油也可稱為絕緣油，是通過蒸餾、精煉石油而獲得的一種由各種碳氫化合物組成混合礦物質(zhì)油，其中碳、氫兩種元素在總質(zhì)量中的占比高達95%至99%，其他由氮、氧、硫以及極少量的的金屬元素組成。在有機化學(xué)中，只由碳氫兩種元素組成的有機化合物稱為“烴”，分子結(jié)構(gòu)不同，烴化物的種類也就不同，一般可分為烷烴、芳香烴、環(huán)烷烴和不飽和烴四類。（1）烷烴。烷烴又稱飽和烴，烷烴的電氣性能較好但抗氧化性能較差，并且析氣性在烴類中是最差的，容易在強電場作用下發(fā)生脫氫反應(yīng)。（2）環(huán)烷烴。環(huán)烷烴具有較好的電氣性能，同時也有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱安定性，環(huán)烷烴有很高的發(fā)熱量，凝固點低，并且也有較好的潤滑性，是電力用油的主要理想成分。（3）芳香烴。單環(huán)芳香烴的電氣性能較好，雙環(huán)芳香烴比單環(huán)芳香烴的抗氧化性能好，多環(huán)芳香烴雖然是天然的抗氧化劑，但它氧化后會生成沉淀從而使油色變深，同時，它的介質(zhì)損耗因數(shù)比單、雙環(huán)芳香烴大得多，但吸氫能力又比單、雙環(huán)差。所以多環(huán)芳香烴在電力用油中并非理想成分。（4）不飽和烴。不飽和烴的化學(xué)穩(wěn)定性較差，但石油中本身不含不飽和烴，變壓器中的不飽和烴實在石油的加工過程中產(chǎn)生的，一般含量很小。（5）非烴化合物。石油中除碳氫元素質(zhì)量占比較高外，也有一些其他元素化合物。其中含氮化合物容易是油品氧化，從而生成沉淀而導(dǎo)致油色變深;少量的含硫化合物有利于油品的抗氧化性，但含量不應(yīng)超過0.25%，否則會有腐蝕性;酸性氧化物同樣具有腐蝕性，但中性氧化物的腐蝕性不大;膠質(zhì)容易氧化后生成沉淀，而導(dǎo)致油質(zhì)損耗和影響變壓器散熱。由此可見，環(huán)烷烴是變壓器油的理想組成部分，而后是烷烴，同時也要有適量的單環(huán)和雙環(huán)芳香烴。

2應(yīng)用色譜分析故障判斷過程中的意義

第一，有利于維持變壓器的正常運轉(zhuǎn)。在分析變壓器故障的過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要應(yīng)用變壓器油色譜方法，這種方法在變壓器的穩(wěn)定運行發(fā)揮著十分重要的作用，有利于維持變壓器的正常運轉(zhuǎn)，為維護電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性提供保障。除此之外，變壓器油色譜分析法的應(yīng)用，使得相關(guān)技術(shù)人員更加了解變壓器的實際運行狀況，推動電力系統(tǒng)的安全運行，促進電力企業(yè)的快速發(fā)展。第二，有利于及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)用色譜分析法在判斷變壓器故障過程中，能夠及時發(fā)現(xiàn)變壓器中存在的問題，并及時地采取相關(guān)措施予以優(yōu)化，有助于電力工作人員更好地維護變壓器。變壓器運行的穩(wěn)定性和電力系統(tǒng)的安全性息息相關(guān)，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該盡早發(fā)現(xiàn)其中的問題，避免出現(xiàn)不必要的經(jīng)濟損失，阻礙電力企業(yè)的進一步發(fā)展。

3基于變壓器油色譜分析的診斷方法

3.1油中溶解的CO和CO2用于變壓器故障分析的輔助診斷

（1）關(guān)于油中溶解的CO和CO2的概述

變壓器油色譜分析中涉及的特征氣體有特征氣體為CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO、CO2等氣體，主要采用CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2的含量及其產(chǎn)氣速率來判斷變壓器是否存在故障，和變壓器的故障類型。其中，CO和CO2及CO/CO2的值也可用于變壓器故障分析的輔助診斷。由前文我們了解到，當(dāng)變壓器的故障涉及固體絕緣材料時，必然會導(dǎo)致CO和CO2的產(chǎn)生，從而它們的含量會顯著增加，所以，當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時，我們可以通過分析CO和CO2的增加情況以及CO/CO2的值來判斷變壓器故障是否涉及固體絕緣材料。對于正常運行的變壓器設(shè)備，可通過分析CO和CO2的增加情況以及CO/CO2的值間接判斷固體絕緣材料的正常老化情況。

（2）新投運的變壓器設(shè)備

對于新投運的變壓器設(shè)備，油中溶解的CO和CO2的含量一般比較低，通常情況下CO的含量不高于100μL/L，CO2的含量在幾百到1000μL/L之間。由于油的化學(xué)成分不同以及吸氣性不同，開放式變壓器的油的飽和含氣量在10%-12%的范圍內(nèi)，因為油會與空氣接觸，所以油中會溶解部分來自空氣的CO2，含量在300μL/L左右;若固體絕緣材料正常老化而產(chǎn)生的CO的增長率小于CO向空氣中逸散的損失率的話，由于CO的溶解系數(shù)較小（0.12），且空氣中的CO濃度通常小于2500μL/L，所以，CO在正常情況下在開放式變壓器油中溶解的濃度一般不超過300μL/L（分配定律：CL=KCG）。同時，空氣也可通過泄露而進入密封的變壓器設(shè)備中，此時，封閉式變壓器油中的CO2的含量將按照空氣的比率存在。如果CO在開放式變壓器的油中溶解度超過300μL/L，并且一直增長，則意味著由于固體絕緣材料老化所產(chǎn)生的CO，其增長速度超過了其向空氣中的逸散的損失速度，表明固體絕緣材料加劇劣化，此時應(yīng)該對油中的糠醛濃度進行測定，油中的糠醛濃度可以反映變壓器內(nèi)部固體絕緣材料的老化趨勢，如果變壓器油中糠醛按運行年限濃度超過注意值，則證明固體絕緣材料確實正在劣化。對糠醛進行測試時，首先要先建立糠醛基準(zhǔn)值，由于變壓器油的煉制工藝存在差異，因而有的處理后回收油或新油本身也含有一定量的糠醛，一般采用板式濾油機或者真空脫氣的方法對回收油進行過濾再處理，由于糠醛本身的密度和變壓器油的密度較為接近，僅略比變壓器油的密度大，且比變壓器油的運動黏度大，沸點為161.7℃，一般使用傳統(tǒng)方法難以將糠醛從變壓器油中濾掉，通常想要去除變壓器油中的糠醛需要使用萃取或吸附法才能達到效果。因此，分析一臺變壓器是否出現(xiàn)固體絕緣材料老化的情況，不僅需要考察糠醛的數(shù)據(jù)，同時需要考察其增長情況，不能只根據(jù)一次的糠醛數(shù)據(jù)就做出判斷，以免做出錯誤的判斷。

3.2比值O2/N2用于變壓器故障分析的輔助診斷

由于開放式變壓器設(shè)備的儲油罐會與空氣有接觸，或者密封式變壓器設(shè)備可能存在泄漏，所以一般O2和N2都會溶解在油中。在變壓器油中，考慮到O2和N2的相對溶解度，油中O2/N2的比值反映空氣的組成，接近0.5。當(dāng)運行中的變壓器油發(fā)生氧化或者固體絕緣材料發(fā)生老化，由于O2的消耗比擴散更為迅速，因而O2/N2的比值可能會變小。這個比值可能會受到負荷和保護系統(tǒng)的影響。但當(dāng)氧被極度消耗時，O2/N2<0.3。

3.3比值CH2/H2用于變壓器故障分析的輔助診斷

在電力變壓器中，低能量放電所產(chǎn)生的氣體和有載調(diào)壓操作產(chǎn)生的氣體情況類似。如果變壓器設(shè)備的主油箱和載調(diào)壓油箱相通，或者儲油罐之間相通，那么有載調(diào)壓操作時產(chǎn)生的氣體可能會污染主油箱的油，并導(dǎo)致錯誤判斷變壓器是否存在故障及故障類型。當(dāng)主油箱中油中氣體含量C2H2/H2>2時，可認為是有載調(diào)壓導(dǎo)致的氣體污染?？赏ㄟ^比較儲油罐的油中溶解氣體濃度和主油箱的油中溶解氣體濃度來確認是否存在這種情況。有載調(diào)壓的操作次數(shù)不同、產(chǎn)生污染的方式不同時，氣體比值和乙炔濃度值不同。

4結(jié)束語

如果變壓器發(fā)生故障，則不易修理，在電廠變壓器的日常運行過程中，工作人員需要對變壓器的油色譜變化進行積極觀察和分析，從而方便對變壓器的運行情況是否良好做出及時的判斷。通過這樣做，可以極大地方便變壓器的維護，從而有效的降低了變壓器的運行維護難度，避免了因變壓器故障發(fā)現(xiàn)不及時而造成的經(jīng)濟損失，有利于確保變壓器的安全穩(wěn)定運行。

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（作者單位：國網(wǎng)四平供電公司）