【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常或存在潛伏性故障以及故障類別。

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部產生電效應（即放電）導致設備的絕緣性能惡化。又可按產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生的故障氣體的影響，以免誤判），且產氣速率又超過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：