色譜分析在電力干式變壓器故障中的應(yīng)用

摘要：氣相色譜是一種成熟的分析技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、軍事和電力行業(yè)。在電力行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為了更準(zhǔn)確地診斷干式變壓器的內(nèi)部故障，色譜分析應(yīng)根據(jù)設(shè)備的歷史運(yùn)行狀況和特征氣體的含量采用不同的分析模型，以確定設(shè)備的運(yùn)行是否正常或是否存在潛在故障和故障類別。

1.氣相色譜的原理

色譜，又叫色譜法，是一種物理分離技術(shù)。它的分離原理是將混合物中的成分分布在兩個(gè)相之間，其中一個(gè)相是固定相，稱為固定相，另一個(gè)相是驅(qū)動(dòng)混合物流過(guò)這個(gè)固定相的流體，稱為流動(dòng)相。氣相色譜的分離原理是不同的物質(zhì)在兩相之間有不同的分配系數(shù)。當(dāng)兩相相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，樣品的成分在兩相中重復(fù)分布，使得分布系數(shù)只有微小差異的原始成分產(chǎn)生很大的分離效果，從而分離出成分。然后進(jìn)入檢測(cè)器識(shí)別每個(gè)成分。這種利用兩相分布原理分離混合物中各組分的技術(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法。

絕緣油是由H2、一氧化碳、二氧化碳和碳?xì)浠衔锝M成的混合物。當(dāng)干式變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，分解的氣體溶解在干式變壓器油中，當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，也可能聚集成游離氣體。不同的斷層會(huì)產(chǎn)生不同的特征氣體，這些斷層氣體的組成和含量與斷層的類型和嚴(yán)重程度密切相關(guān)。通過(guò)分析油中溶解的氣體，可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的潛在故障，并隨時(shí)監(jiān)控故障的發(fā)展。

2.干式變壓器的故障診斷

電力干式變壓器的內(nèi)部故障主要包括過(guò)熱、放電和絕緣受潮。

過(guò)熱故障是由于設(shè)備絕緣性能的惡化和油等絕緣材料的開(kāi)裂和分解造成的。分為裸機(jī)過(guò)熱和固體絕緣過(guò)熱。裸機(jī)過(guò)熱和固體絕緣過(guò)熱的區(qū)別是基于CO和CO2的含量，前者較低，后者較高。

放電故障是設(shè)備內(nèi)部的電氣效應(yīng)(即放電)，導(dǎo)致設(shè)備絕緣性能惡化。根據(jù)電效應(yīng)，可分為高能放電(電弧放電)、低能放電(火花放電)和局部放電三種。它的特征氣體是乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯。

干式變壓器絕緣受潮時(shí)，其特征氣體H2含量較高，而其他氣體成分沒(méi)有明顯增加。

3.色譜分析和診斷的基本程序

先看特征氣體的含量。應(yīng)該根據(jù)特征氣體含量大致判斷。主要對(duì)應(yīng)關(guān)系是：如果存在乙炔，應(yīng)懷疑是電弧或火花放電；(2)氫氣量很大，應(yīng)懷疑有水受潮的可能；總烴中烷烴和烯烴過(guò)多，炔烴很少或沒(méi)有是過(guò)熱的特征。

計(jì)算生成率，評(píng)估故障發(fā)展速度。

通過(guò)對(duì)氣體成分含量的分析，進(jìn)行三比值計(jì)算，確定故障類別。

檢查設(shè)備的運(yùn)行歷史，并通過(guò)其他測(cè)試進(jìn)行綜合判斷。

4.油中主要?dú)怏w含量達(dá)到注意值時(shí)的故障分析方法

在判斷設(shè)備是否有故障時(shí)，先先將氣體分析結(jié)果中的幾個(gè)主要指標(biāo)(H2、CH、C2H2)與色譜分析指南中規(guī)定的注意值進(jìn)行比較。正常干式變壓器油中氣體和烴類氣體含量注意值：氣體成分H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2總烴：含量(升/升)150 60 40 70 5 150 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

任何一項(xiàng)內(nèi)容超過(guò)關(guān)注值都要關(guān)注。但這些注意值并不是判斷設(shè)備是否有故障的唯一標(biāo)準(zhǔn)，不能取標(biāo)準(zhǔn)的死定。如果設(shè)備的氣體含量高于注意值，就不能斷言有故障，因?yàn)榭赡懿皇潜倔w故障造成的，而是外界干擾造成的，所以要和歷史數(shù)據(jù)對(duì)比。如果沒(méi)有歷史數(shù)據(jù)，需要確定一個(gè)合適的檢測(cè)周期進(jìn)行跟蹤分析。再比如，當(dāng)氣體含量快速增加時(shí)，雖然低于注意值，但要跟蹤分析。也就是說(shuō)，不要認(rèn)為氣體含量一超過(guò)注意值就判斷為故障，甚至采取內(nèi)部檢查、修理或限載等措施都是不經(jīng)濟(jì)的。但當(dāng)分析結(jié)果的絕對(duì)值超過(guò)規(guī)定的關(guān)注值(注意非故障原因引起的故障氣體的影響，避免誤判)，產(chǎn)氣率超過(guò)10%的關(guān)注值，則判定為故障。

注意該值不是干式變壓器停機(jī)的限值，可以根據(jù)具體情況判斷。如果不是電路(包括絕緣)問(wèn)題，可以通過(guò)慢關(guān)機(jī)來(lái)檢查。

如果油中含有氫氣和烴類氣體，但沒(méi)有超過(guò)注意值，氣體成分含量一直比較穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)展趨勢(shì)，則認(rèn)為干式變壓器運(yùn)行正常。

注意油中co和CO2的含量和比例。干式變壓器固體絕緣老化會(huì)產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳。同時(shí)，油中一氧化碳和二氧化碳的含量不僅與干式變壓器的運(yùn)行壽命有關(guān)，還與設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行負(fù)荷和溫度等有關(guān)。指南不能規(guī)定統(tǒng)一的注意值。僅粗略考慮一下，敞開(kāi)式干式變壓器中，CO含量小于300 l/L，CO2/CO比值約為7，屬于正常范圍。但密封干式變壓器中的CO2/CO比一般低于7，也是正常值。

5.故障示例

大唐獅泉水電廠#2變壓器110千伏，容量63000千伏安。干式變壓器于2007年5月投入運(yùn)行，是一種新型干式變壓器。投產(chǎn)前各項(xiàng)指標(biāo)符合家標(biāo)準(zhǔn)要求，投產(chǎn)后3天、10天和30天按要求取樣分析。運(yùn)行10天后發(fā)現(xiàn)總烴、CO、CO2迅速增加，然后運(yùn)行54天后直接接近關(guān)注值。主要特征氣體是甲烷、乙烯和乙烷，其次是氫氣和少量乙炔。由三比值法判斷，700以上過(guò)熱故障可能是由于線夾松動(dòng)或接頭焊接不良，或絕緣材料受熱受潮不合格所致。由于水電是夏季發(fā)電的高峰期，負(fù)荷也極大地保證了設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并采取了降低負(fù)荷、每天采樣、持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)等措施。另外，高壓試驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如下：

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