【導(dǎo)讀】摘 要 氣相色譜技術(shù)是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新技術(shù)，能夠?qū)\(yùn)行中的變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集變壓器箱體內(nèi)的少量油樣，分析油中氣體的組分及其含量，就可以判斷變壓器是否存在故障、故障的性質(zhì)以及故障的大致部位

摘 要 氣相色譜技術(shù)是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新技術(shù)，能夠?qū)\(yùn)行中的變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集變壓器箱體內(nèi)的少量油樣，分析油中氣體的組分及其含量，就可以判斷變壓器是否存在故障、故障的性質(zhì)以及故障的大致部位。

關(guān)鍵詞　變壓器故障 氣相色譜技術(shù) 運(yùn)用

變壓器是供配電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，我集團(tuán)供配電系統(tǒng)中，共有油浸式變壓器５０多臺(tái)，有１１０ＫＶ主變壓器、６ＫＶ高壓電機(jī)變壓器、４００Ｖ變壓器以及特殊用于靜電除塵的高壓變壓器。這些設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，將對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生停電面大、周期長(zhǎng)的嚴(yán)重影響。及時(shí)了解油浸變壓器內(nèi)部運(yùn)行情況并發(fā)現(xiàn)故障苗頭，對(duì)保證變壓器**、可靠、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行有**重要的意義。對(duì)于油浸式變壓器，線圈和鐵蕊**浸沒(méi)在變壓器油中，無(wú)法通過(guò)肉眼及直接測(cè)量來(lái)判斷變壓器的故障隱患，必須采用**的技術(shù)方法來(lái)了解變壓器的運(yùn)行狀況。氣相色譜技術(shù)的運(yùn)用充分解決了這一難題。

一　氣相色譜法的試驗(yàn)方法

色譜法又叫層析法，它是一種物理分離技術(shù)。它的分離試驗(yàn)方法是使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配，其中一相是不動(dòng)的，叫做固定相，另一相則是推動(dòng)混合物流過(guò)此固定相的流體，叫做流動(dòng)相。當(dāng)流動(dòng)相中所含的混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質(zhì)與結(jié)構(gòu)上的不同，相互作用的大小強(qiáng)弱也有差異。因此在同一推動(dòng)力作用下，不同組分在固定相中的滯留時(shí)間有長(zhǎng)有短，從而按先后秩序從固定相中流出，這種借在兩相分配試驗(yàn)方法而使混合物中各組分獲得分離的技術(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法。當(dāng)用液體作為流動(dòng)相時(shí)，稱為液相色譜，當(dāng)用氣體作為流動(dòng)相時(shí)，稱為氣相色譜。

色譜法具有：（１）分離效能高、（２）分析速度快、（３）樣品用量少、（４）靈敏度高、（５）適用范圍廣等許多化學(xué)分析法無(wú)可與之比擬的優(yōu)點(diǎn)。

氣相色譜法的一般流程主要包括三部分：載氣系統(tǒng)、色譜柱和檢測(cè)器。具體流程見(jiàn)下圖：

當(dāng)載氣攜帶著不同物質(zhì)的混合樣品通過(guò)色譜柱時(shí)，氣相中的物質(zhì)一部分就要溶解或吸附到固定相內(nèi)，隨著固定相中物質(zhì)分子的增加，從固定相揮發(fā)到氣相中的試樣物質(zhì)分子也逐漸增加，也就是說(shuō)，試樣中各物質(zhì)分子在兩相中進(jìn)行分配，***后達(dá)到平衡。這種物質(zhì)在兩相之間發(fā)生的溶解和揮發(fā)的過(guò)程，稱分配過(guò)程。分配達(dá)到平衡時(shí)，物質(zhì)在兩相中的濃度比稱分配系數(shù)，也叫平衡常數(shù)，以Ｋ表示，Ｋ＝物質(zhì)在固定相中的濃度／物質(zhì)在流動(dòng)相中的濃度，在恒定的溫度下，分配系數(shù)Ｋ是個(gè)常數(shù)。

由此可見(jiàn)，氣相色譜的分離試驗(yàn)方法是利用不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，試樣的各組分就在兩相中經(jīng)反復(fù)多次地分配，使得原來(lái)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(kāi)來(lái)。然后再進(jìn)入檢測(cè)器對(duì)各組分進(jìn)行鑒定。

ＳＰ－３４３０氣相色譜分析儀充分利用這一試驗(yàn)方法，能夠快速、**、準(zhǔn)確地分析出變壓器油中氣體的組分及其含量，根據(jù)這些氣體的組分類型及其含量，我們就可以準(zhǔn)確地分析、判斷變壓器是否存在故障、故障的性質(zhì)以及故障的大致部位。

二　變壓器的故障產(chǎn)生的氣體及故障類型

１ 變壓器絕緣材料產(chǎn)生的氣體組分

油和固體絕緣材料在電或熱的作用下分解產(chǎn)生的各種氣體中，對(duì)判斷故障有價(jià)值的氣體有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫、一氧化碳、二氧化碳。正常運(yùn)行的老化過(guò)程產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳和二氧化碳。在油紙絕緣存在局部放電時(shí)，油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫和甲烷。在故障溫度高于正常運(yùn)行溫度不多時(shí)，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷。隨著故障溫度的升高，乙烯和乙烷逐漸成為主要特征。在溫度高于１ ０００℃時(shí)，例如在電弧弧道溫度（３ ０００℃以上）的作用下，油裂解產(chǎn)生和氣體中含有較多的乙炔。如果故障涉及到固體絕緣材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的一氧化碳和二氧化碳。

絕緣油和絕緣材料在不同溫度和能量作用下主要產(chǎn)生的氣體組分，歸納如下：

１）在１４０℃以下時(shí)有蒸發(fā)汽化和較緩慢的氧化。

２）絕緣油在１４０℃到５００℃時(shí)油分解主要產(chǎn)生烷類氣體，其中主要是甲烷和乙烷，隨溫度的升高（５００℃以上）油分解急劇地增加，其中烯烴和氫增加較快，乙烯尤為顯著，而溫度（約８００℃左右）更高時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生乙炔氣體。

３）油中存在電弧時(shí)（溫度超過(guò)１ ０００℃，使油裂解的氣體大部分是乙炔和氫氣，并有**的甲烷和乙烯等。

４）設(shè)備在運(yùn)行中，由于負(fù)荷變化所引起的熱脹和冷縮，用泵循環(huán)油所引起的湍流，以及鐵芯的磁滯伸縮效應(yīng)所引起的機(jī)械振動(dòng)等，都會(huì)導(dǎo)致形成空穴和油釋放溶解氣體。如果產(chǎn)生的氣泡集在設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的高電壓應(yīng)力區(qū)域內(nèi)，在較高電場(chǎng)下會(huì)引起氣隙放電（一般稱為局部放電），而放電本身又能進(jìn)一步引起油的分解和附近的固體絕緣材料的分解，而產(chǎn)生氣體，這些氣體在電應(yīng)力作用下會(huì)更有利于放電產(chǎn)生氣體。這種放電使油分解產(chǎn)生的氣體主要是氫和少量甲烷氣體。

５）固體絕緣材料，在較低溫度（１４０℃以下）長(zhǎng)期加熱時(shí)，將逐漸地老化變質(zhì)產(chǎn)生氣體，其中主要是一氧化碳和二氧化碳，且后者是主要成分。

６）固體絕緣材料在高于２００℃作用下，除產(chǎn)生碳的氧化物之外，還分解有氫、烴類氣體，溫度不同，一氧化碳和二氧化碳的比值有所不同，這一比值在低溫時(shí)小而高溫時(shí)大。

７）鐵鋼等金屬材料起催化作用，水與鐵反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。此外，奧氏不銹鋼材能儲(chǔ)藏氫，與絕緣油接觸釋放出來(lái)溶解于油中。

下表為不同故障類型產(chǎn)生的氣體組分：

有時(shí)設(shè)備內(nèi)并不存在故障，而由于其他原因，在油中也會(huì)出現(xiàn)上述氣體，要注意這些可能引起誤判斷的氣體來(lái)源。例如：有載調(diào)壓變壓器中切換開(kāi)關(guān)油室的油向變壓器本體滲漏或某種范圍開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)懸浮電位放電的影響：設(shè)備曾經(jīng)有過(guò)故障，而故障排除后絕緣油未經(jīng)**脫氣，部分殘余氣體仍留在油中；設(shè)備油箱曾帶油補(bǔ)焊；原注入的油就含有某幾種氣體等。還應(yīng)注意油冷卻系統(tǒng)附屬設(shè)備（如潛油泵，油流繼電器等）的故障產(chǎn)生的氣體也會(huì)進(jìn)入到變壓器本體的油中。運(yùn)行中設(shè)備內(nèi)部油中氣體含量超過(guò)下表所列數(shù)值時(shí)，應(yīng)引起注意。

僅僅根據(jù)分析結(jié)果的**值是很難對(duì)故障的嚴(yán)重性作出正確判斷的，必須考察故障的發(fā)展趨勢(shì)，也就是故障點(diǎn)（如果存在的話）的產(chǎn)氣速率。產(chǎn)氣速率是與故障消耗能量大小、故障部位、故障點(diǎn)的溫度等情況直接有關(guān)的。如總烴的相對(duì)產(chǎn)氣速率大于１０％時(shí)應(yīng)引起注意。

２ 對(duì)一氧化碳和二氧化碳的判斷

當(dāng)故障涉及到固體絕緣時(shí)會(huì)引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長(zhǎng)。但根據(jù)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)資料，固體絕緣的正常老化過(guò)程與故障情況下劣化分解，表現(xiàn)在油中一氧化碳的含量上，一般情況下沒(méi)有嚴(yán)格的界限，二氧化碳含量的規(guī)律更不明顯。因此，在考察這兩種氣體含量時(shí)更應(yīng)結(jié)合具體變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（如油保護(hù)方式）、運(yùn)行溫度、負(fù)荷情況、運(yùn)行歷史等情況加以綜合分析。

對(duì)開(kāi)放式變壓器一氧化碳含量一般在３００ｐｐｍ以下。如總烴含量超出正常范圍，而一氧化碳含量超過(guò)３００ｐｐｍ，應(yīng)考慮有涉及到固體絕緣過(guò)熱的可能性；如一氧化碳含量雖然超過(guò)３００ｐｐｍ，但總烴含量在正常范圍，一般可認(rèn)為是正常的；對(duì)某些有雙餅式線圈帶附加外包絕緣的變壓器，當(dāng)一氧化碳含量超過(guò)３００ｐｐｍ時(shí)，即使總烴含量正常，也可能有固體絕緣過(guò)熱故障。

對(duì)貯油柜中帶有膠囊或隔膜的變壓器，油中一氧化碳含量一般均高于開(kāi)放式變壓器。

突發(fā)性絕緣擊穿事故時(shí)，油中溶解氣體中的一氧化碳、二氧化碳含量不**高，應(yīng)結(jié)合氣體繼電器中的氣體分析作判斷。

３ 變壓器等充油設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障的部位

了解變壓器內(nèi)部可能發(fā)生的故障類型，對(duì)氣相色譜分析結(jié)果定論時(shí)有很大的幫助，變壓器等充油設(shè)備內(nèi)部發(fā)生故障的部位主要?dú)w納為：

１）過(guò)熱故障發(fā)生的部位

①過(guò)熱性故障在變壓器內(nèi)常發(fā)生的部位主要為：載流導(dǎo)線和接頭不良引起的過(guò)熱故障。如分接開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭接觸不良、引線接頭虛焊、線圈股間短路、引線過(guò)長(zhǎng)或包扎絕緣損傷引起導(dǎo)體間相接產(chǎn)生環(huán)流發(fā)熱，超負(fù)荷運(yùn)行發(fā)熱、線圈絕緣膨脹、油道堵塞而引起的散熱不良等。另一種是磁路故障，如鐵芯多點(diǎn)接地、鐵芯片間短路、鐵芯與穿芯螺釘短路、漏磁引起的油箱、夾件、壓環(huán)等局部過(guò)熱。

②過(guò)熱性故障占少油設(shè)備（互感器和電容套管）故障比例較少，發(fā)生的部位主要為：電流互感器的一次引線緊固螺母松動(dòng)，分流比抽頭緊固螺母松動(dòng)等；電容套管的穿纜線鼻與引線接頭焊接不良，導(dǎo)管與將軍帽等連接螺母配合不當(dāng)?shù)取?/p>

２）放電故障發(fā)生的部位

①高能量放電（電弧放電）在變壓器、套管、互感器內(nèi)均有發(fā)生。引起電弧放電故障原因通常是線圈匝層間絕緣擊穿，過(guò)電壓引起內(nèi)部閃絡(luò)，引線斷裂引起的閃弧，分接開(kāi)關(guān)飛弧和電容屏擊穿等。這種故障氣體產(chǎn)生劇烈、產(chǎn)氣量大，故障氣體往往來(lái)不及溶解于油而聚集到氣體繼電器引起瓦斯動(dòng)作。

②低能量放電一般是火花放電，是一種間歇性的放電故障，在變壓器、互感器、套管中均有發(fā)生。不同電位的導(dǎo)體與導(dǎo)體、絕緣體與絕緣體之間以及不固定電位的懸浮體，在電場(chǎng)極不均勻或

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變壓器電力變壓器保養(yǎng)1、油樣化驗(yàn)——耐壓、雜質(zhì)等性能指標(biāo)每三年進(jìn)行一次，電力變壓器長(zhǎng)期滿負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行者可縮短周期。2、高、低壓絕緣電阻不低于原出廠值的70％（10MΩ），繞組的直流電阻在同一溫度下，三相平均值之差不應(yīng)大于2％，與上一次測(cè)量的結(jié)果比較也不應(yīng)大于2％。3、電力變壓器工作接地電阻值每二年測(cè)量一次。4、停電清掃和檢查的周期，根據(jù)周圍環(huán)境和負(fù)荷情況確定，一般半年至一年一次；主要內(nèi)容有**中發(fā)現(xiàn)的缺陷、瓷套管外殼清掃、破裂或老化的膠墊更換、連接點(diǎn)檢查擰緊、缺油補(bǔ)油、呼吸器硅膠檢查更換等。 【導(dǎo)讀】電力變壓器是電力系統(tǒng)中**重要的供電元件，它的故障對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。同時(shí)大容量的電力變壓器也是**貴重的元件，因此，必須根據(jù)變

電力變壓器是電力系統(tǒng)中**重要的供電元件，它的故障對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響。同時(shí)大容量的電力變壓器也是**貴重的元件，因此，必須根據(jù)變壓器的容量和重要程度考慮裝設(shè)性能良好、工作可靠的繼電保護(hù)裝置。

（1）油箱內(nèi)故障。繞組的閘間短路、相間短路、接地短路以及鐵芯的燒損等。這些故障將產(chǎn)生電弧，將引起絕緣物質(zhì)的劇烈汽化，從而可能引起爆炸。后果**嚴(yán)重。

（2）油箱外部的故障。變壓器套管和引出線上發(fā)生相間短路和接地短路。

（3）變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)發(fā)生相間短路引起的中性點(diǎn)過(guò)電壓；過(guò)負(fù)荷；漏油引起的油面降低；過(guò)勵(lì)磁；變壓器各部分過(guò)熱和冷卻系統(tǒng)故障。

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