【STSP-III色譜儀】色譜分析法在電力變壓器故障中的應用（1）

摘要：氣相色譜法已是一項較成熟的分析技術，已經(jīng)被廣泛應用于醫(yī)學、化工、軍事以及電力行業(yè)。在電力行業(yè)實際應用過程中，為了更準確的診斷變壓器的內(nèi)部故障，色譜分析應根據(jù)設備歷史運行狀況、特征氣體的含量等采用不同的分析模型確定設備運行是否屬于正?；虼嬖跐摲怨收弦约肮收项悇e。

1.氣相色譜法的原理

色譜法又叫層析法，它是一種物理分離技術。它的分離原理是使混合物中各組分在兩相間進行分配，其中一相是不動的，叫做固定相，另一相則是推動混合物流過此固定相的流體，叫做流動相。氣相色譜的分離原理是利用不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數(shù)，當兩相作相對運動時，試樣的各組分就在兩相中經(jīng)反復多次地分配，使得原來分配系數(shù)只有微小差別的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而將各組分分離開來。然后再進入檢測器對各組分進行鑒定。這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術，稱為色譜分離技術或色譜法。

絕緣油是由H2、CO、CO2、烴類等成分組成的混合物。當變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，分解氣體溶解于變壓器油中，當故障嚴重時，也可能聚集成游離氣體。不同的故障會產(chǎn)生不同的特征氣體，這些故障氣體的組成和含量與故障類型及嚴重程度有密切關系。分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)設備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時監(jiān)視故障的發(fā)展狀況。

2.變壓器故障診斷

電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性、放電性及絕緣受潮等類型。

過熱性故障是由于設備的絕緣性能惡化、油等絕緣材料裂化分解。又分為裸金屬過熱和固體絕緣過熱兩類。裸金屬過熱與固體絕緣過熱的區(qū)別是以CO和CO2的含量為準，前者含量較低，后者含量較高。

放電性故障是設備內(nèi)部產(chǎn)生電效應（即放電）導致設備的絕緣性能惡化。又可按產(chǎn)生電效應的強弱分為高能放電（電弧放電）、低能量放電（火花放電）和局部放電三種。其特征氣體為乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯氣體。

變壓器絕緣受潮時，其特征氣體H2含量較高，而其它氣體成分增加不明顯。

3. 色譜分析診斷的基本程序

首先看特征氣體的含量。應先根據(jù)特征氣體含量作大致判斷，主要的對應關系是：①若有乙炔，應懷疑電弧或火花放電;②氫氣很大，應懷疑有進水受潮的可能;③總烴中烷烴和烯烴過量而炔烴很小或無，則是過熱的特征。

計算產(chǎn)生速率，評估故障發(fā)展的快慢。

通過分析的氣體組分含量，進行三比值計算，確定故障類別。

核對設備的運行歷史，并且通過其它試驗進行綜合判斷。

4. 油中主要氣體含量達到注意值時故障分析方法

在判斷設備內(nèi)有*時，首先將氣體分析結果中的幾項主要指標，（H2，∑CH，C2H2）與色譜分析導則規(guī)定的注意值進行比較。正常變壓器油中氣，烴類氣體含量的注意值：氣體組分H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2總烴：含量（µl/L）150 60 40 70 5 150

當任一項含量超過注意值時都應引起注意。但是這些注意值不是劃分設備有*的*標準，不能拿“標準”死套。設備因氣體含量較高超過注意值，也不能斷言判定有故障，因為可能不是本體故障所致，而是外來干擾引起的基數(shù)較高，這時應與歷史數(shù)據(jù)比較，如果沒有歷史數(shù)據(jù)，則需要確定一個適當?shù)臋z測周期進行追蹤分析。又如氣體含量增長迅速時，雖低于注意值也應追蹤分析。就是說：不要以為氣體含量一超過注意值就判斷為故障，甚至采取內(nèi)部檢查修理或限制負荷等措施，是不經(jīng)濟的，而zui終判斷有*，是把分析結果*值超過規(guī)定的注意值，（注意非故障性原因產(chǎn)生的故障氣體的影響，以免誤判），且產(chǎn)氣速率又超過10%的注意值時，才判斷為存在故障。

注意值不是變壓器停運的限制，根據(jù)具體情況進行判斷，如果不是電路（包括絕緣）問題，可以緩停運檢查。

若油中含有氫和烴類氣體，但不超過注意值，且氣體成份含量一直比較穩(wěn)定，沒有發(fā)展趨勢，則認為變壓器運行正常。

注意油中CO、CO2 含量及比值。變壓器在運行中固體絕緣老化會產(chǎn)生CO和CO2。同時，油中CO和CO2的含量既同變壓器運行年限有關，也與設備結構、運行負荷和溫度等因素有關，導則還不能規(guī)定統(tǒng)一的注意值。只是粗略的認為，開放式的變壓器中，CO的含量小于300µl/L，CO2/CO比值在7左右時，屬于正常范圍;而密封變壓器中的CO2/CO比值一般低于7時也屬于正常值。

5.故障實例

大唐石泉水電廠#2變是110KV的，容量為63000KVA，該變壓器于2007年5月投入運行，是新?lián)Q變壓器。投運前各項指標符合國標要求，按要求投運后3天、10天、30天取樣分析。運行10天就發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)總烴、CO 、CO2增長迅速，再后來運行54天直接接近注意值，其特征氣體甲烷、乙烯、乙烷為主，其次是氫氣，還有少量的乙炔。利用三比值法判斷：結論為高于700℃的過熱性故障，可能由于夾件松動或接頭焊接不良等引起的，或是絕緣材料不合格受熱受潮引起。由于水電在夏天是發(fā)電的高峰期，負荷也大為保障設備安全經(jīng)濟運行，采取降低負荷，每天取樣連續(xù)跟蹤監(jiān)測等措施。另外進行高壓試驗也未發(fā)現(xiàn)問題。監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：