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摘要：变压器是电力系统中的中的重要设备，它的正常运行对电力系统起着至关重要的作用。文章分析了变压器油中溶解的气体的主要成分，并探讨了变压器油中溶解气体分析和故障判断的方法及注意事项，对于油浸式变压器安全运行具有重要意义。
关键词：变压器；油中溶解气体；油色谱分析；故障判断
1 油浸式变压器故障诊断现状研究
对油浸式变压器来说，一般都是用油作为散热和绝缘材料，在运行中，油与中间的固体有机材料因故障会逐渐老化和分解，同时油中会产生少量的各种气体。因为不同故障，产生的气体比例、含量不同，所以就可以利用对油中气体的分析，来判断故障类型。利用这种方法对油中溶解气体进行实时监测，就可以及时发现故障信息，避免灾难性隐患的出现。
通过采用特定的方式对变压器油液中的溶解氣体进行检测、分析，归纳、总结出变压器油液中的可溶解气体成分及来源主要如下：①空气中的气体。由于变压器油液在使用中与空气是直接接触的，因此空气中可溶性物质如 N2、O2等成分便会溶于油液中。②正常状态下因化学反应而生成的气体。变压器油液主要是由烃类组成，这种物质在绝缘、可散热性能上发挥着较好的作用。然而，烃类在电场、水、氧气等环境下，会发生缓慢的化学反应，生成物除包括有非气态的化合物外，还会分解释放出少量的氢气、低分子组态的烃类气体和较多的无机碳氧化合物，比如典型的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。③异常或故障情况下的气体生成物。变压器发生故障或出现异常情况时，油箱中油液温度高于正常温度，而这种变化会使油液中的化学反应生成物向碳、氢化合物转变。在油温上升幅度较小时，生成物主要为甲烷（CH4），随着温度的升高，生成物中碳的含量逐渐升高，比如生成乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等。如果故障问题影响到变压器中使用的固体绝缘物质时，则反应生成物以碳氧化合物 CO、CO2为主。
2 油浸式变压器故障分析和判断
由于变压器发生故障时，油液中烃类化合物的成分及比重会出现异常，比如 CO、CO2的含量及 C2H2、H2的比重，因而可通过对油箱中油液的采样分析，对变压器的故障作出判断。
2.1 故障情况下的气体成分
变压器中的油液主要是由烃类组成，在发生故障时油温升高，会使在局部高温区的绝缘性烃类触发热反应，从而生成气体。一般而言，变压器油液中的烃类C-H键或C-O键在300～400℃时便可断链，并重组形成低分子气态饱和烃。随着油温的升高，生成物不仅有低分子气态烃类，也有烯烃或炔烃等。由变压器故障引发的放电现象也会影响到烃类的化学反应。如果放电量较少，则烃类分解释放的 H2较多，另外还有少量的低分子气态烃生成，比如CH4、C2H4等；如果放电量增加，则会生成C2H2等气体。此外，油液中还有部分碳氢化合物主要是由油液中存在的固态绝缘物在放电情况下产生的，其浓度取决于反应物即固态绝缘物的量。
2.2据三比值法分析判断方法
三比值法又称IEC三比值法。罗杰斯比值法通过改进得到的一种方法。通过计算，将选用的5种特征气体乙炔乙烯比值、甲烷氢气比值、乙烯乙烷比值构成三对比值，三对比值对应不同的编码，然后分别对应经统计得出的不同故障类型。应当注意应用三比值法时只要分析方法灵敏度极限值的 10 倍小于或者等于油中气体各成分浓度，都认为它超过注意值。进一步用三比值法分析在气体成分含量足够高的情况下，确定变压器内部存在故障需要对其故障性质在经综合分析后方可进行。一律使用三比值法，不论对油中各种气体含量正常的变压器还是变压器是否存在故障，其比值没有意义。同时还会有可能错误的判断为故障变压器，造成不必要的经济损失。
2.3故障产气速率判断法
为了能够准确的确定故障的严重程度和存在与否。不仅仅考虑故障部位的产气速率及早发现虽未达到气体含量的注意值引起的潜伏性故障，还必须通过油中溶解的气体含量所得的分析结果的绝对值。对于通过产气速率大小，《变压器油中溶解气体分析判断导则》中给出了推荐值作为判断故障的危害程度。当相对产气速率的总烃的产气速率大于 10%时或大于指定流量时可能存在严重故障应引起注意。总烃的绝对值或者总烃产气速率小于注意值时，变压器正常；总烃含量介于注意值和注意值的3倍之间，总烃产气速率小于注意值，根据指定规范说明变压器有发展缓慢的潜在性故障，可继续运行并注意观察。在前者的前提下，如果总烃产气速率为注意值的1到2倍，则应缩短试验周期，密切注意变压器有故障发展；注意值的3倍小于总烃含量且总烃产气速率大于注意值的3倍，则变压器的故障发展迅速，并且情况严重，应立即采取必要的措施，进行检修。
3油浸式变压器故障分析的注意事项
3.1取样应正确、规范、可靠
在对变压器油液进行取样观察时，操作应正确、规范，以防油液受到污染。采样时，首先应完成变压器油样活门的清洁工作，对其反复进行三次以上放油后从油样活门处取油，并且选择干净、密封性能良好的器皿，比如医用注射器等，将取好的油样放置于避光、温度低的环境中。此外，在取样时，应确保样本的数据准确、可靠且具有代表性。取样时，取样阀中某些合金材料中含有的镍对油液中烃类的分解具有催化作用，并会产生大量的氢气围在取样阀四周，进而影响到取样的最终结果，因此，取样应在充分放油后进行，方能获得可靠的分析样本。
3.2严格排查放电性故障
放电性故障易导致变压器发生事故，并引发断电等问题。而乙炔是判断放电性故障的依据，因而如果在油液中检测到乙炔的含量即使低于标准规定的 5μL/ L（适应于250kV及以下的变压器），设备管理人员也应引以重视。此外，应正确判断变压器中气体的来源，以防误判。判断时应注意以下两方面：①一些变压器的油箱是带油进行焊接的，电焊的温度高达 1 000℃，而这种高温可加速油液中烃类的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24h 后应及时采样进行分析、比对，准确判定乙炔的来源；②在补给油液时，如果补充油中存在乙炔，也会引起误判，因此，在对油箱进行油液补给时，应确保补充油满足使用需求。
3.3注意氢气含量
在对变压器中的油液进行采样时，当油液中氢气成分含量升高时，应首先确定油液中微水的含量，从而可排除因设备受潮引起的误判。对于刚投入使用的新型变压器，考虑到其在生产制造过程中，因未完全脱气或绝缘材料的种类不同等，在一些情况下也会使测出的氢气含量高于标准值，此时不能盲目判定是变压器发生故障，应该进一步跟踪采样分析。
结束语
变压器油液中的溶解气体是变压器运行状态正常与否的可靠指示灯，可有力地映射出变压器的故障问题，对确保变压器的稳定运行起到重要的作用。然而，在对油液中的溶解性气体进行采样分析时，要兼顾到设备的型号结构、变压器运行方式、油液更新频率和历史数据比对等因素，综合判断变压器可能存在的故障问题，杜绝因采样分析造成的误判断，从而确保变压器的安全、可靠运作。
参考文献
[1]兰万里，宋广洋.变压器油中溶解气体产生原因及故障分析[J].电力机车与城轨车辆.2012（35）.
[2]王延爽.油中溶解气体分析技术在变压器故障分析中的应用[J].科技创新与应用.2014（08）.
关键词：变压器；油中溶解气体；油色谱分析；故障判断
1 油浸式变压器故障诊断现状研究
对油浸式变压器来说，一般都是用油作为散热和绝缘材料，在运行中，油与中间的固体有机材料因故障会逐渐老化和分解，同时油中会产生少量的各种气体。因为不同故障，产生的气体比例、含量不同，所以就可以利用对油中气体的分析，来判断故障类型。利用这种方法对油中溶解气体进行实时监测，就可以及时发现故障信息，避免灾难性隐患的出现。
通过采用特定的方式对变压器油液中的溶解氣体进行检测、分析，归纳、总结出变压器油液中的可溶解气体成分及来源主要如下：①空气中的气体。由于变压器油液在使用中与空气是直接接触的，因此空气中可溶性物质如 N2、O2等成分便会溶于油液中。②正常状态下因化学反应而生成的气体。变压器油液主要是由烃类组成，这种物质在绝缘、可散热性能上发挥着较好的作用。然而，烃类在电场、水、氧气等环境下，会发生缓慢的化学反应，生成物除包括有非气态的化合物外，还会分解释放出少量的氢气、低分子组态的烃类气体和较多的无机碳氧化合物，比如典型的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）。③异常或故障情况下的气体生成物。变压器发生故障或出现异常情况时，油箱中油液温度高于正常温度，而这种变化会使油液中的化学反应生成物向碳、氢化合物转变。在油温上升幅度较小时，生成物主要为甲烷（CH4），随着温度的升高，生成物中碳的含量逐渐升高，比如生成乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）等。如果故障问题影响到变压器中使用的固体绝缘物质时，则反应生成物以碳氧化合物 CO、CO2为主。
2 油浸式变压器故障分析和判断
由于变压器发生故障时，油液中烃类化合物的成分及比重会出现异常，比如 CO、CO2的含量及 C2H2、H2的比重，因而可通过对油箱中油液的采样分析，对变压器的故障作出判断。
2.1 故障情况下的气体成分
变压器中的油液主要是由烃类组成，在发生故障时油温升高，会使在局部高温区的绝缘性烃类触发热反应，从而生成气体。一般而言，变压器油液中的烃类C-H键或C-O键在300～400℃时便可断链，并重组形成低分子气态饱和烃。随着油温的升高，生成物不仅有低分子气态烃类，也有烯烃或炔烃等。由变压器故障引发的放电现象也会影响到烃类的化学反应。如果放电量较少，则烃类分解释放的 H2较多，另外还有少量的低分子气态烃生成，比如CH4、C2H4等；如果放电量增加，则会生成C2H2等气体。此外，油液中还有部分碳氢化合物主要是由油液中存在的固态绝缘物在放电情况下产生的，其浓度取决于反应物即固态绝缘物的量。
2.2据三比值法分析判断方法
三比值法又称IEC三比值法。罗杰斯比值法通过改进得到的一种方法。通过计算，将选用的5种特征气体乙炔乙烯比值、甲烷氢气比值、乙烯乙烷比值构成三对比值，三对比值对应不同的编码，然后分别对应经统计得出的不同故障类型。应当注意应用三比值法时只要分析方法灵敏度极限值的 10 倍小于或者等于油中气体各成分浓度，都认为它超过注意值。进一步用三比值法分析在气体成分含量足够高的情况下，确定变压器内部存在故障需要对其故障性质在经综合分析后方可进行。一律使用三比值法，不论对油中各种气体含量正常的变压器还是变压器是否存在故障，其比值没有意义。同时还会有可能错误的判断为故障变压器，造成不必要的经济损失。
2.3故障产气速率判断法
为了能够准确的确定故障的严重程度和存在与否。不仅仅考虑故障部位的产气速率及早发现虽未达到气体含量的注意值引起的潜伏性故障，还必须通过油中溶解的气体含量所得的分析结果的绝对值。对于通过产气速率大小，《变压器油中溶解气体分析判断导则》中给出了推荐值作为判断故障的危害程度。当相对产气速率的总烃的产气速率大于 10%时或大于指定流量时可能存在严重故障应引起注意。总烃的绝对值或者总烃产气速率小于注意值时，变压器正常；总烃含量介于注意值和注意值的3倍之间，总烃产气速率小于注意值，根据指定规范说明变压器有发展缓慢的潜在性故障，可继续运行并注意观察。在前者的前提下，如果总烃产气速率为注意值的1到2倍，则应缩短试验周期，密切注意变压器有故障发展；注意值的3倍小于总烃含量且总烃产气速率大于注意值的3倍，则变压器的故障发展迅速，并且情况严重，应立即采取必要的措施，进行检修。
3油浸式变压器故障分析的注意事项
3.1取样应正确、规范、可靠
在对变压器油液进行取样观察时，操作应正确、规范，以防油液受到污染。采样时，首先应完成变压器油样活门的清洁工作，对其反复进行三次以上放油后从油样活门处取油，并且选择干净、密封性能良好的器皿，比如医用注射器等，将取好的油样放置于避光、温度低的环境中。此外，在取样时，应确保样本的数据准确、可靠且具有代表性。取样时，取样阀中某些合金材料中含有的镍对油液中烃类的分解具有催化作用，并会产生大量的氢气围在取样阀四周，进而影响到取样的最终结果，因此，取样应在充分放油后进行，方能获得可靠的分析样本。
3.2严格排查放电性故障
放电性故障易导致变压器发生事故，并引发断电等问题。而乙炔是判断放电性故障的依据，因而如果在油液中检测到乙炔的含量即使低于标准规定的 5μL/ L（适应于250kV及以下的变压器），设备管理人员也应引以重视。此外，应正确判断变压器中气体的来源，以防误判。判断时应注意以下两方面：①一些变压器的油箱是带油进行焊接的，电焊的温度高达 1 000℃，而这种高温可加速油液中烃类的分解，并可能生成乙炔，因而在焊接完成的24h 后应及时采样进行分析、比对，准确判定乙炔的来源；②在补给油液时，如果补充油中存在乙炔，也会引起误判，因此，在对油箱进行油液补给时，应确保补充油满足使用需求。
3.3注意氢气含量
在对变压器中的油液进行采样时，当油液中氢气成分含量升高时，应首先确定油液中微水的含量，从而可排除因设备受潮引起的误判。对于刚投入使用的新型变压器，考虑到其在生产制造过程中，因未完全脱气或绝缘材料的种类不同等，在一些情况下也会使测出的氢气含量高于标准值，此时不能盲目判定是变压器发生故障，应该进一步跟踪采样分析。
结束语
变压器油液中的溶解气体是变压器运行状态正常与否的可靠指示灯，可有力地映射出变压器的故障问题，对确保变压器的稳定运行起到重要的作用。然而，在对油液中的溶解性气体进行采样分析时，要兼顾到设备的型号结构、变压器运行方式、油液更新频率和历史数据比对等因素，综合判断变压器可能存在的故障问题，杜绝因采样分析造成的误判断，从而确保变压器的安全、可靠运作。
参考文献
[1]兰万里，宋广洋.变压器油中溶解气体产生原因及故障分析[J].电力机车与城轨车辆.2012（35）.
[2]王延爽.油中溶解气体分析技术在变压器故障分析中的应用[J].科技创新与应用.2014（08）.