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[摘 要]油中溶解气体分析（DGA）无需停电即可采油样检测诊断油浸电力设备的绝缘状况，预测故障发展趋势，具有实现方便、不易受干扰、灵敏度高等显著优点，已被认为是监测和诊断油浸电力变压器早期故障、预防灾难性故障的最好方法之一。本文对各种方法在应用中的优缺点进行了简要分析。
[关键词]变压器 油中溶解气体分析 故障诊断
中图分类号：TU741.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0392-01
1.引言
国内外学者通过油纸绝缘材料热分解的模拟试验发现，在电和热的作用下，油纸绝缘材料会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类、二氧化碳和氢气等气体。可以利用气体组分含量或比值法诊断设备包括潜伏性故障在内的一系列故障类型，并估计故障源的温度。
随着油中气体测量精度的提高和充油变压器故障色谱数据库的扩大，国内外根据气体绝对浓度和相对含量的研究结果创建和改进了许多诊断方法，例如特征气体法、气体图形法、比值法等。国内外各个国家关于变压器油中溶解气体的解释和分析标准主要是根据IEC60599、IEEE C57.104、IEC60567及ASTM D3612等国际标准，并结合本国变压器的实际运行情况修改和制定的。油中溶解气体分析技术主要包含气体检测技术和气体诊断技术。
2.油中溶解气体检测技术
2.1 脱气方法
脱气过程是油中溶解气体分析技术的重要操作环节，主要包含真空法和气液溶解平衡法。能否从油中尽可能完全的取出其溶解气体关系到分析结果的准确度。
在我国DLT722-2000规程中推荐的真空法是变径活塞泵全脱气法，该方法的原理是利用大气压与负压交替对变径活塞施力的特点，借真空与搅拌作用并连续补人少量氮气（或氢气）到脱气室，使油中溶解气体迅速析出的洗脱技术。此技术可加速气体转移，克服了集气空间死体积对脱出气体收集程度的影响，提高了脱气率，实现了以真空法为基本工作原理的全脱气。为了克服水银、盐水、薄膜等在脱气装置中的使用所带来的问题，国内又广泛研究了气液溶解平衡脱气法。例如部分洗脱气法、超声波振动法、机械振动法等。其中，机械振荡法重复性和再现性能好，是当前国内应用最广泛的一种方法。
2.2 测量方法
目前国内外常用的测量方法主要有气相色谱法和吸收光谱法。
气相色谱技术的基本原理是使样品蒸发后注入色谱柱内进行分析。气样由惰性载气携带缓缓通过色谱柱后到达检测器，当气样通过色谱柱时由于其中各类化合物析出时间不同而达到对其分离的目的。随后，将有检测器得到的各化合物析出图谱的时间、面积等参量与该化合物已知浓度图谱进行照后，得到其浓度值。光声光谱法主要是基于光声效应提出的。如果用脉冲光源照射密闭气体，利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光源频率相同的压力波。所以，通过选取适当的波长并结合检测压力波的强度，就可以检验某种气体是否存在，并确定其浓度。
3.油中溶解气体诊断技术
油中溶解气体诊断过程主要包括判断设备有无内部故障，利用各种诊断方法分析诊断其故障类型，并推定故障点温度、故障能量等。主要包括特征气体法、气体图形法、比值法等。
3.1 特征气体法
根据油中溶解气体组分与内部故障性质的对应关系，以油中气体组分，即特征气体为焦点判断设备故障的各种方法，简称为特征气体法。
特征气体法具有代表性的是Galand的LCIE判断法。在我国变压器油色谱导则中，给出了已经得到公认的变压器油中气体组分与内部状况的关系，是人们进行特征气体判断法的基本依据。特征气体法仅以定性数据为依据，没有考虑气体组分的相对含量，应用时需要丰富的经验做支撑。否则，很难准确的判断变压器的各种故障。我国工作者根据多年的实践，基于气体产生的基本原理和不同故障类型产生的气体，引进相对量的概念，对特征气体法进行了改进，提出了改进特征气体法。
3.2 气体图形法
气体图形法是以H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等5种组分依次排列成横坐标，以各组分的浓度对气体的最高浓度比为纵坐标，浓度最高者为1，绘出气体浓度特性曲线。若H2浓度最大，则称为氢气导前型，还有CH4、C2H4、C2H2导前型，其不同的形式对应变压器的一些故障。该方法直观简便，在一定程度上也体现了特征气体相对含量的概念，并可以根据图形的变化来观察故障变化的趋势。但是气体图形法的本质还是特征气体法，它不能反应故障过程中消耗能量的大小和故障点的温度。
3.3 比值法
为了建立可靠、精确的诊断技术来诊断故障类型和状况，国内外学者根据电、热劣化模拟试验，和存在故障的变压器的内部检查结果，以气体的相对含量为焦点，创建了许多诊断方法，这些方法主要有三角图法、三比值法、TD图法等。
各种三角图形法，都是根据各气体组分浓度或元素的相对含量为研究对象，通过各组分比值在三角图形中的位置来判断变压器的故障类型。主要包含Duval三角法、简化Duval法和HAE三角图法。简化Duval法对放电故障判读不够准确，但对过热故障判断较准。HAE三角图法覆盖面广，漏判率低，然而因其缺少烷烃，不能比较烷烃和烯烃之间的关系，不利于判断故障点的温度。三角图法虽然没有把故障类型描述的特别详细，但当利用比值编码不能明确判断变压器故障时，往往可以给出正确的结论。
各种三比值法在用特征气体注意值和产气速率认为变压器有故障时才可以应用。如果气体比值不一样，可能有新故障产生，此时应用最后一次分析结果减去前一次分析结果，并重新计算比值，同时要考虑负荷、温度，以及取样位置。在分析油中溶解气体结果时，其重复性和再现性要达到规程的要求。主要包含IEC三比值法、电协研法和改良三比值法。改良三比值法把比值范围的上下限做了更明确的规定，将过热故障分成低、中、高三个等级，把放电故障分成高能放电和低能放电两种类型，判断准确率更高。
从IEC三比值法的实践中，我国工作者发现，当变压器内部存在高温过热和放电性故障时，绝大多数情况下C2H4/C2H6>3，因此可以CH4/H2为纵轴，C2H2/C2H4为横轴，构成TD图。TD图判断法主要用于区分变压器是存在过热性故障还是放电性故障，它兼有气体组分谱图法和三比值法的优点，能迅速正确地判断故障性质，并能直观地反映出故障的发展趋势。
4.结论
通过对变压器油中溶解气体分析诊断技术分析发现，特征气体法和气体图形法的本质都是以特征气体的绝对含量为焦点，根据特征气体的产气机理，及实践中总结的特征气体与故障之间的对应关系进行分析诊断。这两种方法虽然简单、直观，但不能反应故障消耗能量的大小和热点温度的高低，欲进一步判断故障状况比较困难。在应用这两类方法时，还需要丰富的经验作支撑，否则很难得出正确结论。比值法引进了特征气体相对含量的概念，运用特征气体之间的比值来反应变压器中的各种故障，可以估计故障的严重程度和发展趋势，为变压器故障类型的准确定位提供了依据。但是在利用比值法进行故障诊断时，往往会发现一些故障没有对应的编码，这可能是一种新的故障，或多种故障的结合，可以利用规程中推荐的图形诊断方法，找出最可能接近的故障。总之，在用DGA方法分析诊断变压器故障时，需要多种方法相结合，并根据现场工作人员积累的经验，才能做出合理的诊断。
参考文献：
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T722-2000变压器油中气体分析和判断导则[S]. 北京： 中国电力出版社. 2003.
[2]操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查. 北京： 中国电力社， 2005.
[关键词]变压器 油中溶解气体分析 故障诊断
中图分类号：TU741.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0392-01
1.引言
国内外学者通过油纸绝缘材料热分解的模拟试验发现，在电和热的作用下，油纸绝缘材料会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类、二氧化碳和氢气等气体。可以利用气体组分含量或比值法诊断设备包括潜伏性故障在内的一系列故障类型，并估计故障源的温度。
随着油中气体测量精度的提高和充油变压器故障色谱数据库的扩大，国内外根据气体绝对浓度和相对含量的研究结果创建和改进了许多诊断方法，例如特征气体法、气体图形法、比值法等。国内外各个国家关于变压器油中溶解气体的解释和分析标准主要是根据IEC60599、IEEE C57.104、IEC60567及ASTM D3612等国际标准，并结合本国变压器的实际运行情况修改和制定的。油中溶解气体分析技术主要包含气体检测技术和气体诊断技术。
2.油中溶解气体检测技术
2.1 脱气方法
脱气过程是油中溶解气体分析技术的重要操作环节，主要包含真空法和气液溶解平衡法。能否从油中尽可能完全的取出其溶解气体关系到分析结果的准确度。
在我国DLT722-2000规程中推荐的真空法是变径活塞泵全脱气法，该方法的原理是利用大气压与负压交替对变径活塞施力的特点，借真空与搅拌作用并连续补人少量氮气（或氢气）到脱气室，使油中溶解气体迅速析出的洗脱技术。此技术可加速气体转移，克服了集气空间死体积对脱出气体收集程度的影响，提高了脱气率，实现了以真空法为基本工作原理的全脱气。为了克服水银、盐水、薄膜等在脱气装置中的使用所带来的问题，国内又广泛研究了气液溶解平衡脱气法。例如部分洗脱气法、超声波振动法、机械振动法等。其中，机械振荡法重复性和再现性能好，是当前国内应用最广泛的一种方法。
2.2 测量方法
目前国内外常用的测量方法主要有气相色谱法和吸收光谱法。
气相色谱技术的基本原理是使样品蒸发后注入色谱柱内进行分析。气样由惰性载气携带缓缓通过色谱柱后到达检测器，当气样通过色谱柱时由于其中各类化合物析出时间不同而达到对其分离的目的。随后，将有检测器得到的各化合物析出图谱的时间、面积等参量与该化合物已知浓度图谱进行照后，得到其浓度值。光声光谱法主要是基于光声效应提出的。如果用脉冲光源照射密闭气体，利用灵敏的微音器即可探测到与脉冲光源频率相同的压力波。所以，通过选取适当的波长并结合检测压力波的强度，就可以检验某种气体是否存在，并确定其浓度。
3.油中溶解气体诊断技术
油中溶解气体诊断过程主要包括判断设备有无内部故障，利用各种诊断方法分析诊断其故障类型，并推定故障点温度、故障能量等。主要包括特征气体法、气体图形法、比值法等。
3.1 特征气体法
根据油中溶解气体组分与内部故障性质的对应关系，以油中气体组分，即特征气体为焦点判断设备故障的各种方法，简称为特征气体法。
特征气体法具有代表性的是Galand的LCIE判断法。在我国变压器油色谱导则中，给出了已经得到公认的变压器油中气体组分与内部状况的关系，是人们进行特征气体判断法的基本依据。特征气体法仅以定性数据为依据，没有考虑气体组分的相对含量，应用时需要丰富的经验做支撑。否则，很难准确的判断变压器的各种故障。我国工作者根据多年的实践，基于气体产生的基本原理和不同故障类型产生的气体，引进相对量的概念，对特征气体法进行了改进，提出了改进特征气体法。
3.2 气体图形法
气体图形法是以H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等5种组分依次排列成横坐标，以各组分的浓度对气体的最高浓度比为纵坐标，浓度最高者为1，绘出气体浓度特性曲线。若H2浓度最大，则称为氢气导前型，还有CH4、C2H4、C2H2导前型，其不同的形式对应变压器的一些故障。该方法直观简便，在一定程度上也体现了特征气体相对含量的概念，并可以根据图形的变化来观察故障变化的趋势。但是气体图形法的本质还是特征气体法，它不能反应故障过程中消耗能量的大小和故障点的温度。
3.3 比值法
为了建立可靠、精确的诊断技术来诊断故障类型和状况，国内外学者根据电、热劣化模拟试验，和存在故障的变压器的内部检查结果，以气体的相对含量为焦点，创建了许多诊断方法，这些方法主要有三角图法、三比值法、TD图法等。
各种三角图形法，都是根据各气体组分浓度或元素的相对含量为研究对象，通过各组分比值在三角图形中的位置来判断变压器的故障类型。主要包含Duval三角法、简化Duval法和HAE三角图法。简化Duval法对放电故障判读不够准确，但对过热故障判断较准。HAE三角图法覆盖面广，漏判率低，然而因其缺少烷烃，不能比较烷烃和烯烃之间的关系，不利于判断故障点的温度。三角图法虽然没有把故障类型描述的特别详细，但当利用比值编码不能明确判断变压器故障时，往往可以给出正确的结论。
各种三比值法在用特征气体注意值和产气速率认为变压器有故障时才可以应用。如果气体比值不一样，可能有新故障产生，此时应用最后一次分析结果减去前一次分析结果，并重新计算比值，同时要考虑负荷、温度，以及取样位置。在分析油中溶解气体结果时，其重复性和再现性要达到规程的要求。主要包含IEC三比值法、电协研法和改良三比值法。改良三比值法把比值范围的上下限做了更明确的规定，将过热故障分成低、中、高三个等级，把放电故障分成高能放电和低能放电两种类型，判断准确率更高。
从IEC三比值法的实践中，我国工作者发现，当变压器内部存在高温过热和放电性故障时，绝大多数情况下C2H4/C2H6>3，因此可以CH4/H2为纵轴，C2H2/C2H4为横轴，构成TD图。TD图判断法主要用于区分变压器是存在过热性故障还是放电性故障，它兼有气体组分谱图法和三比值法的优点，能迅速正确地判断故障性质，并能直观地反映出故障的发展趋势。
4.结论
通过对变压器油中溶解气体分析诊断技术分析发现，特征气体法和气体图形法的本质都是以特征气体的绝对含量为焦点，根据特征气体的产气机理，及实践中总结的特征气体与故障之间的对应关系进行分析诊断。这两种方法虽然简单、直观，但不能反应故障消耗能量的大小和热点温度的高低，欲进一步判断故障状况比较困难。在应用这两类方法时，还需要丰富的经验作支撑，否则很难得出正确结论。比值法引进了特征气体相对含量的概念，运用特征气体之间的比值来反应变压器中的各种故障，可以估计故障的严重程度和发展趋势，为变压器故障类型的准确定位提供了依据。但是在利用比值法进行故障诊断时，往往会发现一些故障没有对应的编码，这可能是一种新的故障，或多种故障的结合，可以利用规程中推荐的图形诊断方法，找出最可能接近的故障。总之，在用DGA方法分析诊断变压器故障时，需要多种方法相结合，并根据现场工作人员积累的经验，才能做出合理的诊断。
参考文献：
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T722-2000变压器油中气体分析和判断导则[S]. 北京： 中国电力出版社. 2003.
[2]操敦奎.变压器油中气体分析诊断与故障检查. 北京： 中国电力社， 2005.