變壓器油色譜在線檢測與故障診斷

耿夢媛

摘 要：變壓器在我國電力發(fā)展過程中，對于輸電系統(tǒng)具有舉足輕重的作用。因此檢測變壓器并提出故障診斷對于變壓器的正常運行具有重要作用。當(dāng)前局部放電檢測主要包括色相普檢測法、脈沖電流法、超聲波檢測法、射頻檢測法、電磁波檢測法、光檢測法等。由于氣相色譜法能夠更加準(zhǔn)確且簡易的分析故障狀況，成為變壓器檢測的首先方式。

關(guān)鍵詞：油色譜;在線檢測;故障診斷

引言

近來中國的直流輸電工程發(fā)展迅猛。作為超高壓直流輸電系統(tǒng)核心部件之一的換流變壓器，其運行是否可靠和穩(wěn)定將影響到直流工程的可用率。檢測換流變壓器局部放電故障可以防止其損壞換流變壓器絕緣，避免變壓器事故的發(fā)生，保障電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。

通常，局部放電的檢測是指以局放過程中產(chǎn)生的電脈沖、聲波、發(fā)光、發(fā)熱和出現(xiàn)的新的生成物等為依據(jù)，用表征這一系列現(xiàn)象的物理量來描述其狀態(tài);目前用來檢測的方法有以下幾種：氣相色譜檢測法、脈沖電流法、超聲波檢測法、射頻檢測法、電磁波檢測法、光檢測法等。

氣相色譜法由于具備可靠性強(qiáng)，靈敏度高，方便操作等優(yōu)勢，已成為了換流變壓器檢測時必做的項目。

1油色譜在線監(jiān)測原理

變壓器局部放電會使變壓器的油中分解而來的氣體成分會出現(xiàn)變化，通常氣體成分主要是一氧化碳、二氧化碳、氫氣、乙炔、乙烯甲烷和乙烷。這些氣體能夠在油中溶解重疊，進(jìn)而產(chǎn)生氣體裂解。具體根據(jù)裂解產(chǎn)生的機(jī)理得出設(shè)備內(nèi)部故障根源，進(jìn)而達(dá)到診斷變壓器故障目的。

變壓器故障的種類和故障情況和分解的特征氣體濃度特征以及氣體含量成分有很大的關(guān)聯(lián)、所以對特征氣體的成分和含量特征進(jìn)行檢測，就能夠?qū)ψ儔浩鞯慕^緣狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而得出變壓器故障問題。變壓器產(chǎn)生的故障不同，其特征氣體也是不同的。反過來說就是不同故障類型有不同氣體成分。

2變壓器油色譜（GDA）在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成

變壓器變壓器油色譜在線監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過對油循環(huán)系統(tǒng)對變壓器內(nèi)的油樣進(jìn)行采集，再將樣品數(shù)據(jù)通過真空脫氣系統(tǒng)中進(jìn)行油氣分離。進(jìn)而得到脫油后的氣體樣本。再將此樣本放置到六通閥的定量管上。完成上述步驟后，試驗人員要利用氮氣將定量管氣體頂人到色譜柱。色譜柱能夠按照不同的氣體進(jìn)行分類處理。最后可以分別對氣體進(jìn)行檢測。檢測數(shù)據(jù)可以通過DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，進(jìn)而實驗人員可對變壓器故障進(jìn)行分析診斷，實現(xiàn)了對變壓器的在線實時檢測。

此外，檢測采集和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是實現(xiàn)GDA在線監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于最終的故障診斷具決定性影響，所以在設(shè)計DGA在線監(jiān)測系統(tǒng)要對監(jiān)測采集和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)做嚴(yán)格完善。一般監(jiān)測采集系統(tǒng)是通過半導(dǎo)體傳感器獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的，傳感器是使用固體電解質(zhì)材料制作的。

3變壓器故障分析診斷一以變壓器過熱故障診斷為例

3.1變壓器故障特征

這里以變壓器熱性故障為例，當(dāng)變壓器產(chǎn)生過熱故障時，氣體特征會出現(xiàn)分子烴類氣體增多的現(xiàn)象。包括甲烷和乙炔都會出現(xiàn)在故障氣體之中。溫度相對較低時，一般甲烷成分占比例較大。溫度較高時，乙炔和氫氣的成分會增大。當(dāng)變壓器過熱嚴(yán)重時。會產(chǎn)生微量乙炔，其含量較低，產(chǎn)生大量的CO和CO，而且溫度越高CO和CO2比值就會越多。當(dāng)變壓器出現(xiàn)過熱故障時，會使絕緣油產(chǎn)生老化現(xiàn)象，進(jìn)而破壞變壓器的絕緣性能。從而造成更為嚴(yán)重的故障。

3.2變壓器故障診斷方式

診斷原理即通過對變壓器油中溶解產(chǎn)生的特征氣體采集.分析，能夠得到故障處的熱分解本質(zhì)。前文曾提過，不同故障類型，其氣體特征也會不同。此外，絕緣材料也會影響特征氣體的組成部分。因此對于變壓器故障的診斷可通過對特征氣體的分析而得出準(zhǔn)確結(jié)論。判斷變壓器故障性質(zhì)的特征氣體法：

①一般過熱性故障，總烴較高，C2H2<5uL/L。

②嚴(yán)重過熱性故障，總烴高C2H，>5uL/L，但C，H2，未構(gòu)成總烴主要成分，H2含量較高。

③局部放電，總烴不高，C2H2>100uL/L，占總經(jīng)的主要成分。

④火花放電，總烴不高C2H2>100uL/L，H2較高。

⑤電弧放電，總烴高，C2H2高并構(gòu)成總經(jīng)的主要成分，H2含量高。

通過以上數(shù)據(jù)不難看出，實際上較低能量產(chǎn)生的局部放電的特征氣體中有極少或沒有C2H2的成分。C2H2在任何故障種類中均有出現(xiàn)，但是其含量不盡相同。所以可利用其典型性將C2H2含量作為檢測故障性質(zhì)的主要指標(biāo)。不過要注意的是，由于所有過熱故障都會存在少量的C2H2，所以C2H2不能夠直接說明電壓器存在電性故障。如溫度達(dá)1000C以上時，如果單從分析C2H2的角度，診斷結(jié)果就會為過熱產(chǎn)生放電故障。不過高溫的產(chǎn)生原因還可能包括金屬源發(fā)熱或是變壓器進(jìn)水等原因。因此，對于變壓器的診斷應(yīng)該通過對變壓器的綜合情況來判斷，追求診斷內(nèi)容的廣泛性。

3.3三比值實驗分析

假設(shè)比值范圍取202，且已知變壓器故障性質(zhì)為低能量放電電性故障，電位開關(guān)設(shè)計存在缺陷。得到的故障情況有;各個電位出現(xiàn)接觸不良或電位體出現(xiàn)懸浮出現(xiàn)放電，氣體檢測情況為乙炔含量嚴(yán)重超標(biāo)等。這時進(jìn)行實驗反饋，佐證GDA在線監(jiān)測是否實用?？赏ㄟ^對變壓器進(jìn)行內(nèi)檢，從而發(fā)現(xiàn)變壓器問題處，進(jìn)而再變壓器調(diào)試開關(guān)上標(biāo)注放電點。根據(jù)故障情況對開關(guān)觸頭和切換閥進(jìn)行檢查。如檢查情況盡數(shù)發(fā)現(xiàn)以下問題，即證明GDA在線檢測實驗結(jié)果和已知分析結(jié)果吻合。

①存在載調(diào)壓開關(guān)檔位切換錯誤。動靜觸頭切換錯誤。

②電位開關(guān)存在放電痕跡，且調(diào)壓開關(guān)同步性較差。

③開關(guān)齒輪位置錯誤，且兩開關(guān)切換室內(nèi)轉(zhuǎn)盤卡槽均偏離了原方位。

綜上所述，當(dāng)油色譜分析存在乙炔含量超標(biāo)和電位開關(guān)設(shè)計不當(dāng)有著重要的聯(lián)系，通過實驗分析證明，油色譜在線監(jiān)測能夠?qū)ψ儔浩鞴收闲再|(zhì)做正確檢測，達(dá)到變壓器診斷要求。

4結(jié)論

總之，變壓器油色譜在線檢測能夠?qū)ψ儔浩鬟M(jìn)行有效的故障診斷，由于操作簡便，檢測結(jié)果直觀，應(yīng)在電力系統(tǒng)故障檢測領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

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