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【摘要】介绍判断变压器故障的机理，以及如何通过特征气体色谱分析结果来判断故障类型、严重程度及部位。
【关键词】变压器故障；气相色谱技术运用；溶解气体分析法；产气速率；发热故障
前 言
变压器作为电力行业的重要设备之一，对于电能经济传输和灵活调配具有十分重要的作用。气相色谱技术是近年来兴起的一项新技术，能够对运行中的变压器进行实时监测，通过采集变压器箱体内的少量油样，分析油中气体的组分及其含量，就可以判断变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位。利用气相色谱仪分析变压器油中溶解气体组份及含量来判断变压器的潜伏性故障，已作为变压器维护、监督的有效手段而得到应用和推广。
一、气相色谱法的原理
色谱法是一种物理分离技术。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，由于各组分在性质与结构上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后秩序从固定相中流出，这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。
气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样的各组分就在两相中经反复多次地分配，使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果，从而将各组分分离开来，然后再进入检测器对各组分进行鉴定。
二、如何利用色谱法诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障
在诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障时，应综合考虑以下三个方面的因素，做到准确判断变压器的故障类型及故障的大致部位：
1、故障下产气的累计性
充油电气设备的潜伏性故障所产生的可燃性气体大部分会溶解于油。随着故障的持续，这些气体在油中不断积累，直至饱和甚至析出气泡。因此，油中故障气体的含量及其累计程度是诊断故障的存在与发展情况的一个依据。
2、故障下产气的速率
正常情况下充油电气设备在热和电场的作用下也会老化分解出少量的可燃性气体，但产气速率很缓慢。当设备内部存在故障时，就会加快这些气体的产气速率。因此，故障气体的产气速率，也是诊断故障的存在与发展程度的另一个依据。
3、故障下产气的特征性
变压器内部在不同故障下产生的气体有不同的特征。例如局部放电时总会有氢；较高温度的过热时总会有乙烯；而电弧放电时也总会有乙炔。因此，故障下产气的特征性是诊断故障性质的又一个依据。
三、实例分析
3.1故障变压器参数及运行情况
某变电站主变，型号为SFPSZ-150000/220，油重41.5吨。该主变自2000年7月投运以来一直运行状况良好，其运行负荷均在允许范围内，未直接受到过短路冲击，历史试验数据均正常。
3.2故障发生过程
2013年7月7日，对该主变进行例行色谱分析时，其总烃含量为48.22uL/L，未有异常。2013年12月19日，该主变色谱在线检测系统数据显示H2、总烃含量有明显增长。12月20日，该主变总烃含量达已达到192.95 uL/L，超过一级报警值，在线色谱出现总烃报警信号。12月21日取样分析各组分含量，分析结果为272.21 uL/L，数据较之前均有明顯增长，其中总烃含量由3月份的10.06uL/L增长到272.21uL/L，超过注意值（150uL/L）。22日跟踪分析，H2、总烃都有上升趋势。28日对该设备进行了取样验证分析，发现总烃含量增至402.19uL/L。具体数据如表1示.
利用三比值法对12月28日油色谱数据进行了分析，判断其编码为0、2、2，对应故障应为：高于700℃高温过热故障；
按导则中日本月冈、大江等人推算的经验公式估算，12月28日该主变的热点温度见式（1）：
T=322lg（C2H4∕C2H6）+525=322lg（223.28/35.11）+525℃
=258.7+525℃=783.70℃≈784℃
估算温度与IEC 三比值法判断温度相符，可以判断变压器内部存在高温过热故障。
根据12月21日至28日油色谱分析数据，得出该时段内该主变总烃绝对产气速率见式（2）。
ra= （Ci2-Ci1）/Δt ×（m/ρ） （2）
= （402.19-272.21） /（7×24） × （41.5/0.89）
=129.98/168×46.63=36.08 mL/h>>0.5mL/h；
式中：ra———绝对产气速率，μL/L；
m———设备总油量，t；
ρ———油的密度，t/m3.
一周时间总烃绝对产气速率为36.08 mL/h，远大于导则及规程中要求的0.5mL/h。根据相应的数据不难发现，该变压器油中成分特征主要以乙烯和甲烷为主，并初步判断该设备内部存在过热现象，说明该故障发展速度较为迅速。为尽快确认该异常状况出现的原因是否由设备运行负荷过大、油温过高或有载调压开关是否出现渗漏油进入变压器本体等其他因素导致。经过确认，设备运行负荷于油温等运行状况稳定，均处于正常范围内；对有载调压开关进行色谱分析，发现其组分含量完全不同于本体，且除乙炔和氢气外，其他成分都低于12月22日该主变本体数值，故可排除有载调压开关存在故障并向本体渗油的可能性。利用红外成像仪探测热点，却未发现发热故障点。但高压试验在进行铁芯绝缘测试时结果显示为0，说明铁芯接地，故可判断为设备存在铁芯多点接地故障。
经讨论决定停运该设备，进行大修处理。考虑到该电站周边的用电负荷比较重，主变无法停电进行长时间检修，故决定不吊芯，临时串接自动限流电阻的临时应急措施，以限制铁芯接地回路的环流，防止该故障进一步恶化，影响设备稳定运行。在串接自动限流电阻后，继续对该设备进行了跟踪色谱试验分析。处理后的色谱分析数据如表2所示。
综上数据可判断设备总烃含量已处于数据呈缓慢下降趋势稳，表明该主变缺陷处理后设备已处于稳定状态，设备运行已恢复正常。
四、总结
利用气相色谱法分析变压器绝缘油中溶解气体含量是监测变压器设备状态的重要手段， 通过对变压器绝缘油中的特征气体的变化趋势进行分析比较， 可反映变压器内部故障的类型和严重程度。
参考文献
[1] DL/T722- 2000， 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].
[2] 刘栋粱. 变压器油色谱数据异常的分析与处理[J]. 变压器，2008，45（3）：49- 50.
[3] 林永平. 色谱分析在变压器故障诊断中的应用和探讨[J]. 变压器，2008，45（8）：58- 60.
作者简介：李国胜，男（1973）年出生，男，技师，从事变电检修专业工作二十二余年。
【关键词】变压器故障；气相色谱技术运用；溶解气体分析法；产气速率；发热故障
前 言
变压器作为电力行业的重要设备之一，对于电能经济传输和灵活调配具有十分重要的作用。气相色谱技术是近年来兴起的一项新技术，能够对运行中的变压器进行实时监测，通过采集变压器箱体内的少量油样，分析油中气体的组分及其含量，就可以判断变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位。利用气相色谱仪分析变压器油中溶解气体组份及含量来判断变压器的潜伏性故障，已作为变压器维护、监督的有效手段而得到应用和推广。
一、气相色谱法的原理
色谱法是一种物理分离技术。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，由于各组分在性质与结构上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后秩序从固定相中流出，这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。
气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样的各组分就在两相中经反复多次地分配，使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果，从而将各组分分离开来，然后再进入检测器对各组分进行鉴定。
二、如何利用色谱法诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障
在诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障时，应综合考虑以下三个方面的因素，做到准确判断变压器的故障类型及故障的大致部位：
1、故障下产气的累计性
充油电气设备的潜伏性故障所产生的可燃性气体大部分会溶解于油。随着故障的持续，这些气体在油中不断积累，直至饱和甚至析出气泡。因此，油中故障气体的含量及其累计程度是诊断故障的存在与发展情况的一个依据。
2、故障下产气的速率
正常情况下充油电气设备在热和电场的作用下也会老化分解出少量的可燃性气体，但产气速率很缓慢。当设备内部存在故障时，就会加快这些气体的产气速率。因此，故障气体的产气速率，也是诊断故障的存在与发展程度的另一个依据。
3、故障下产气的特征性
变压器内部在不同故障下产生的气体有不同的特征。例如局部放电时总会有氢；较高温度的过热时总会有乙烯；而电弧放电时也总会有乙炔。因此，故障下产气的特征性是诊断故障性质的又一个依据。
三、实例分析
3.1故障变压器参数及运行情况
某变电站主变，型号为SFPSZ-150000/220，油重41.5吨。该主变自2000年7月投运以来一直运行状况良好，其运行负荷均在允许范围内，未直接受到过短路冲击，历史试验数据均正常。
3.2故障发生过程
2013年7月7日，对该主变进行例行色谱分析时，其总烃含量为48.22uL/L，未有异常。2013年12月19日，该主变色谱在线检测系统数据显示H2、总烃含量有明显增长。12月20日，该主变总烃含量达已达到192.95 uL/L，超过一级报警值，在线色谱出现总烃报警信号。12月21日取样分析各组分含量，分析结果为272.21 uL/L，数据较之前均有明顯增长，其中总烃含量由3月份的10.06uL/L增长到272.21uL/L，超过注意值（150uL/L）。22日跟踪分析，H2、总烃都有上升趋势。28日对该设备进行了取样验证分析，发现总烃含量增至402.19uL/L。具体数据如表1示.
利用三比值法对12月28日油色谱数据进行了分析，判断其编码为0、2、2，对应故障应为：高于700℃高温过热故障；
按导则中日本月冈、大江等人推算的经验公式估算，12月28日该主变的热点温度见式（1）：
T=322lg（C2H4∕C2H6）+525=322lg（223.28/35.11）+525℃
=258.7+525℃=783.70℃≈784℃
估算温度与IEC 三比值法判断温度相符，可以判断变压器内部存在高温过热故障。
根据12月21日至28日油色谱分析数据，得出该时段内该主变总烃绝对产气速率见式（2）。
ra= （Ci2-Ci1）/Δt ×（m/ρ） （2）
= （402.19-272.21） /（7×24） × （41.5/0.89）
=129.98/168×46.63=36.08 mL/h>>0.5mL/h；
式中：ra———绝对产气速率，μL/L；
m———设备总油量，t；
ρ———油的密度，t/m3.
一周时间总烃绝对产气速率为36.08 mL/h，远大于导则及规程中要求的0.5mL/h。根据相应的数据不难发现，该变压器油中成分特征主要以乙烯和甲烷为主，并初步判断该设备内部存在过热现象，说明该故障发展速度较为迅速。为尽快确认该异常状况出现的原因是否由设备运行负荷过大、油温过高或有载调压开关是否出现渗漏油进入变压器本体等其他因素导致。经过确认，设备运行负荷于油温等运行状况稳定，均处于正常范围内；对有载调压开关进行色谱分析，发现其组分含量完全不同于本体，且除乙炔和氢气外，其他成分都低于12月22日该主变本体数值，故可排除有载调压开关存在故障并向本体渗油的可能性。利用红外成像仪探测热点，却未发现发热故障点。但高压试验在进行铁芯绝缘测试时结果显示为0，说明铁芯接地，故可判断为设备存在铁芯多点接地故障。
经讨论决定停运该设备，进行大修处理。考虑到该电站周边的用电负荷比较重，主变无法停电进行长时间检修，故决定不吊芯，临时串接自动限流电阻的临时应急措施，以限制铁芯接地回路的环流，防止该故障进一步恶化，影响设备稳定运行。在串接自动限流电阻后，继续对该设备进行了跟踪色谱试验分析。处理后的色谱分析数据如表2所示。
综上数据可判断设备总烃含量已处于数据呈缓慢下降趋势稳，表明该主变缺陷处理后设备已处于稳定状态，设备运行已恢复正常。
四、总结
利用气相色谱法分析变压器绝缘油中溶解气体含量是监测变压器设备状态的重要手段， 通过对变压器绝缘油中的特征气体的变化趋势进行分析比较， 可反映变压器内部故障的类型和严重程度。
参考文献
[1] DL/T722- 2000， 变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].
[2] 刘栋粱. 变压器油色谱数据异常的分析与处理[J]. 变压器，2008，45（3）：49- 50.
[3] 林永平. 色谱分析在变压器故障诊断中的应用和探讨[J]. 变压器，2008，45（8）：58- 60.
作者简介：李国胜，男（1973）年出生，男，技师，从事变电检修专业工作二十二余年。