電力干式變壓器故障油的氣相色譜檢測技術(shù)

目前，在干式變壓器的故障診斷中，僅靠電氣試驗方法往往難以發(fā)現(xiàn)一些局部故障和發(fā)熱缺陷。然而，干式變壓器油中氣體色譜分析的化學(xué)檢測方法對于發(fā)現(xiàn)干式變壓器中的一些潛在故障及其發(fā)展程度的早期診斷是非常敏感和有效的，這已經(jīng)被大量的故障診斷實踐所證明。

油色譜分析的原理是基于任何特定烴類氣體的產(chǎn)氣率隨溫度變化，在特定溫度下，某一種氣體的產(chǎn)氣率往往達到較大；隨著溫度的升高，甲烷、乙烷、乙烯和乙炔依次是產(chǎn)氣率較高的氣體。也證明了斷層溫度與溶解氣體含量之間存在對應(yīng)關(guān)系。局部過熱、電暈和電弧是油浸紙絕緣故障特征氣體的主要原因。

干式變壓器在正常運行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣的逐漸老化和劣化，會分解出極少量的氣體(主要包括氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等氣體)。干式變壓器發(fā)生過熱故障、放電故障或絕緣受潮時，這些氣體的含量會迅速增加。

故障類型：

油過熱：主要增加――CH4和C2H4其次增加――H2和C2H6

:油紙過熱主要增加――CH4、C2H4、CO和CO2次之――H2和C2H6

在油紙中，局部排放：主要增加――H2、CH4、C2H2、CO其次增加――C2H6、CO2

油中火花放電：主要增加-C2H2，H2

油中電弧：主要增加-H2，C2H2其次增加-CH4，C2H4，C2H6

油紙中的電弧：主要增加C2H2、C2H2、CO和CO2其次增加——CH4、C2H4、C2H6、

潮濕或油泡：主要增加-H2

石油中氣體的各種成分含量與斷層的性質(zhì)和程度直接相關(guān)。因此，在設(shè)備運行過程中，定期測量油中溶解氣體的成分和含量，對早期發(fā)現(xiàn)充油電力設(shè)備的潛在故障具有重要意義和實際效果。

電力干式變壓器的內(nèi)部故障主要包括過熱故障、放電故障和絕緣受潮。過熱故障：分接開關(guān)接觸不良、鐵芯多點接地、局部短路或磁環(huán)電流泄漏、導(dǎo)線過熱、接頭不良或緊固件松動導(dǎo)致過熱等故障，如局部油路堵塞導(dǎo)致局部散熱不良導(dǎo)致過熱故障。電弧放電主要由繞組匝和層間絕緣擊穿引起，其次是導(dǎo)線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)電弧放電。火花放電常見于套管引線放電至套管導(dǎo)電管和電位不固定的均壓環(huán)；導(dǎo)線局部接觸不良或鐵芯接地板接觸不良引起的放電；分接開關(guān)叉或金屬螺釘?shù)葷撛趹覓煲鸬姆烹姟?

根據(jù)色譜分析數(shù)據(jù)，干式變壓器內(nèi)部故障診斷應(yīng)包括：

(1)分析氣體產(chǎn)生的原因和變化。

(2)確定是否有故障，故障類型。如過熱、電弧放電、火花放電、局部放電等。

(3)判斷故障情況。如熱點溫度(322 lg2h 4/C2 h6 525)、故障電路嚴重程度、發(fā)展趨勢等。

(4)提出相應(yīng)的處理措施。如是否能繼續(xù)運行，運行中的技術(shù)安全措施和監(jiān)測手段，或是否需要停電檢修等。如果需要加強監(jiān)測，應(yīng)縮短周期。 #p#分頁標題#e#

1.1干式變壓器特征氣體變化與內(nèi)部故障的關(guān)系

(一)根據(jù)氣體含量的變化進行分析和判斷

(1)氫的變化。當(dāng)干式變壓器在中高溫下過熱時，氫氣通常占總氫烴的27%以下。隨著溫度的升高，H2的絕對含量增加，但其比例相對降低。無論是熱故障還是電氣故障，干式變壓器較終都會導(dǎo)致絕緣介質(zhì)開裂，產(chǎn)生各種特征氣體。由于碳和氫鍵之間的鍵能低，產(chǎn)生的熱量少，H2總是在絕緣的分解過程中形成，所以H2是其中之一

干式變壓器內(nèi)部的阻尼水是一種內(nèi)部潛伏性故障，其特征氣體H2含量很高。客觀上，如果通過色譜分析發(fā)現(xiàn)H2含量超標，但其他成分沒有增加，則可以粗略判斷該設(shè)備先含水。為了進一步判斷，可以分析油中的微水含量。從水中分解H2有兩種可能：一是水與鐵的化學(xué)反應(yīng)；二是水本身在高電場作用下分解。設(shè)備潮濕時，固體絕緣材料的含水量比油大100倍以上，H2含量高，主要是因為油和紙絕緣含有氣體和水分。因此，當(dāng)設(shè)備在現(xiàn)場潮濕時，僅僅采用真空濾油的方法并不能永久降低設(shè)備的含水率，因為真空濾油對設(shè)備整體的含水率影響很小。

另外還有一個誤判的情況，就是氣相色譜儀異常。由于分離柱使用時間較長，特別是油已經(jīng)經(jīng)過振蕩脫氣法脫氣吸附，當(dāng)吸附達到一定程度后，會在一定閾值下釋放，造成分析誤差。

(2)乙炔變化

乙炔與放電故障有關(guān)。干式變壓器發(fā)生電弧放電時，C2H2占總烴的20-70%，H2占總氫烴的30-90%，大多數(shù)情況下C2H4含量高于CH4。當(dāng)C2H2含量為主要成分且超標時，很可能是設(shè)備繞組短路或分接開關(guān)切換引起的電弧放電造成的。如果其他成分未超標，但C2H2超標且增速較快，則可能是設(shè)備內(nèi)部存在高能放電故障。

(3)甲烷和乙烯的變化。過熱故障時，當(dāng)只分解熱源處的絕緣油時，特征氣體甲烷和乙烯之和一般可占總烴的80%以上，C2H4的比例也隨著故障點溫度的升高而增加。

此外，丁腈橡膠材料可能會在干式變壓器油中產(chǎn)生大量CH4。干式變壓器油中丁腈生產(chǎn)甲烷的本質(zhì)是橡膠釋放油中含有的CH4，而不是將油催化裂解成CH4。

(4)一氧化碳和二氧化碳變化。無論何種放電形式，除了產(chǎn)生氫烴類氣體外，與過熱故障一樣，只要有固體絕緣介入，都會產(chǎn)生CO和CO2。但從總體上來說，過熱性故障的產(chǎn)氣速率比放電性故障慢。

《干式變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中也只對CO含量正常值提出了參考意見：開放式干式變壓器CO含量的正常值一般應(yīng)在300ppm以下，若總烴含量超過150ppm，CO含量超過300ppm,則設(shè)備有可能存在固體絕緣過熱性故障;若CO含量雖超過300ppm，但總烴含量在正常范圍，可認為正常。密封式干式變壓器，溶于油中的CO含量一般均高于開放式干式變壓器，其正常值約800ppm，但在突發(fā)性絕緣擊穿故障中，CO、CO2含量不一定高，因此其含量變化常被人們忽視。由于CO、CO2氣體含量的變化反映了設(shè)備內(nèi)部絕緣材料老化或故障，而固體絕緣材料決定了充油設(shè)備的壽命。因此必須重視絕緣油中CO、CO2含量的變化。#p#分頁標題#e#

1)絕緣老化時產(chǎn)生的CO、CO2。正常運行中的設(shè)備內(nèi)部絕緣油和固體絕緣材料由于受到電場、熱度、濕度及氧的作用，隨運行時間而發(fā)生速度緩慢的老化現(xiàn)象，除產(chǎn)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還會產(chǎn)生少量的氧、低分子烴類氣體和碳的氧化物等，其中碳的氧化物CO、CO2含量較高。油中CO、CO2含量與設(shè)備運行年限有關(guān)，例如CO的產(chǎn)氣速率，外有人提出與運行年限關(guān)系的經(jīng)驗公式。CO2含量變化的規(guī)律性不強，除與運行年限有關(guān)外，還與干式變壓器結(jié)構(gòu)、絕緣材料性質(zhì)、運行負荷以及油保護方式等有密切關(guān)系。

1 來源：北極星整理