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【摘要】变压器是供配电系统中的核心设备，这些设备一旦出现故障，将对生主造成严重影响。及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障苗头，对保证变压器安全，可靠，优质运行有十分重要的意义。对于须采用一定的技术方法来了解变压器的运行状况，气相色谱技术的运用充分解决了这一问难题。拟对气相色谱技术在变压器故障分析中的作用进行探讨。
【关键词】变压器；判断；故障方法；气相色谱技术；应用
前言
变压器是供电系统中的核心设备，这些设备一旦出现故障，将对生产造成严重影响。及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障隐患苗头，对保证变压器安全可靠优质运行有十分重要的意义。对于油浸变压器，线圈和铁芯全部浸没有变压器油中，无法通过肉眼及直接法来了解变压器的运行状况，气相色谱技术的运用充分解决了这一难题。
1、气相色谱技术的原理
色谱法又叫层析法，它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，其中一相是不动的，叫做固定相，另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫做流动相。当流动相中所含的混合物经在性质上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力的作用下，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。当用液体作为流动相时，称为气象色谱。色谱法具有：分离效能高，分析速度快，样品用量少，灵敏度高，适用范围广等许多化学分析法无可与之比拟的优点。气相色谱法检测设备一般主要包括三部分：载气系统，色谱柱和检测器。当载气携带着不同物质的混合样吕通过色谱柱时，气相中的物质一部分就要溶解或吸附到固定相内，随着固定相物质子分子的增加，也就是说，试样中各物质分子在两相中进行分配，最后达到平衡。这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程，称为分配过程。分配达到平衡以K表示，K=物质在固定相中的浓度/物质在固定相中的的浓度，在恒温下的温度下，分配系数是一个常数。由此可见，气相色谱分离的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。气相色谱分析仪充分利用这一原理，能够快速，高效，准确地分析变压器油中的组分及其地分析，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。
2、故障特征气体产生的原因
局部过热，电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化，变质，并分解出极少数量的气体（主要包括氢H2.甲烷CH4，乙烷C2H6 乙烯C2H4乙炔C2H2，一氧化碳CO，二氧化碳CO2等多种气体）。当变压器内部发生过热性故障，放电性故障和内部绝缘受潮时，这些气体的含量会迅速的增加。这些气体大部分溶解在绝缘油中，少部分上升至绝缘油的表面，并进入气体继电器，经验证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质和程度直接有关。在一般情况下，变压器油中是含有溶解气体的，含有气体最大值约为CO-100UL/L，CO2-35UL/L，H2-15UL/L，CH4-2.5L/L。运用油中有少量的CO和烃类气体。但是变压器有部故障时，油中溶解气体的含量就在不相同了。
3、特征气体变化与变压器内部故障的关系
3.1 氢气H2变化。变压器在高，中温过热时，H2一般占氢烃总量的27%以下，而且随着温度的升高，H2的绝对含有所增长，但其绝对比例有却相对下降。变压器无论是热故障还是电故障，最终都将导致绝缘介质裂解产生各种特征的气体。由于碳氢键之间的键能低，生成热小，在绝缘的分解过程中，一般总是先生成H2，因此H2是各种故障特征气体的主要组成之一。变压器内部进水受潮是一种内部潜伏性故障，其特征是气体H2含量很高。客观上如果色谱分析发现H2含量超标，面其它成分并没有增大时，可大致先判断为设备含有水分，为进一步判别，可加做微水分析。
3.2乙炔C2H2变化。C2H2的产生与放电故障有关，当变压器内部发生电弧放电时，C2H2一般占总烃的20%——70%，H2占氢烃总，量的30%——90%，并且在绝大多数情况下，C2H4高于CH4.当C2H2含量占主要成分且超标时，则很多可能是设备绕组短路或分接开关切换产生弧光放电所致。如果其它成分没有超标，而C2H2超标且增长速率较快，则可能是设备内部存在高能量放电故障。
3.3甲烷CH4和乙烯C2H4变化。在过热性故障中，当只有热源处的绝缘油分解时，特征气体CH4和C2H4两者之和一般可占总烃的80%以上，且随着故障点温度的升高，C2H2占比例也增加。
3.4一氧化碳CO和二氧化碳CO2变化。无论何种放电形式，除了产生氢烃类气体以外，与过热故障一样，只要固体绝缘介入，都会产生CO和CO2。但是从总体上来说，过热性故障的产气率比放电性故障慢。
3.4.1绝缘老化时产生的CO、CO2。正常运行中的设备内部绝缘油和固体绝缘材料由于受到电场、热度、温度及氧的作用，随运行时间而发生速度缓慢的老化现象，除产生一些怍气态的劣化产物外，还会产生少量的氧、低分子烃类气体和碳的氧化物等，其中碳的氧化物CO、CO2含量最高。变压器正常运行下产生的CO、CO2含量随设备的运行年限的增加而上升，这种变化自势较缓慢，说明变压器内固体材料逐渐老化，随着老化程度的加剧，绝缘材料的强度不断的降低，有被击穿的可能另一方面材料老化产生沉积物，降低绝缘油的性能，易造成局部过热和其它故障。这说明设备内部绝缘材料老化发展到一定程度有可能产生剧烈变化，容易形成设备故障式损坏事故。因此在进行色谱分析判断设备状况时，CO、CO2作为固體绝缘材料有关的特征气体，当其含量上升到一定程度或其含量变化幅度较大时，都应引起警惕，迟早将绝缘老化严重的设备退出运行，以防发生击穿短路事故。
3.4.2故障过热时产生的CO、CO2。固体绝缘材料在高能量电弧放电时产生较多的CO、CO2。由于电弧放电的能量密度高，在电应力作用下会产生高速电子流，固体绝缘材料遇到这些电子轰击后，将受到严重的破坏，同时，产生大量的气体一方面会进一步降低绝缘，还含有较多的可燃气体，因此若不及时的处理，严重时有可能造成设备的重大损坏和爆炸事故。当设备内部发生各种过热性故障时，由于局部温度较高，可导致热点附近的绝缘物发生热分解而析出气体，变压器内油浸绝缘纸开始热解时产生的主要气体是CO2随着温度的升高产生的CO含量也增多。使CO与CO2比值升高，至800℃时，比值可高达2.5。局部过热的危害不如放电故障那样严重，但从发展的后果分析，热点可加速绝缘的老化，分解产生各种气体，低温热点发展成为高温热点，附近的绝缘被破坏，导致故障扩大。综上所述，利用气相色谱分析变压器油的气体组分及含量，能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态，能够提前知道变压器内部存在的潜在性故障，即在变压器运行中（不停电、不吊芯的情况下），通过常规检测及色谱分析就可以把变压器中有无故障、有什么性质的故障诊断出来，这对于变压器的维护起到关健性的指导作用，从而更好的保证电力系统的安全运行。
【关键词】变压器；判断；故障方法；气相色谱技术；应用
前言
变压器是供电系统中的核心设备，这些设备一旦出现故障，将对生产造成严重影响。及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障隐患苗头，对保证变压器安全可靠优质运行有十分重要的意义。对于油浸变压器，线圈和铁芯全部浸没有变压器油中，无法通过肉眼及直接法来了解变压器的运行状况，气相色谱技术的运用充分解决了这一难题。
1、气相色谱技术的原理
色谱法又叫层析法，它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，其中一相是不动的，叫做固定相，另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫做流动相。当流动相中所含的混合物经在性质上的不同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力的作用下，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。当用液体作为流动相时，称为气象色谱。色谱法具有：分离效能高，分析速度快，样品用量少，灵敏度高，适用范围广等许多化学分析法无可与之比拟的优点。气相色谱法检测设备一般主要包括三部分：载气系统，色谱柱和检测器。当载气携带着不同物质的混合样吕通过色谱柱时，气相中的物质一部分就要溶解或吸附到固定相内，随着固定相物质子分子的增加，也就是说，试样中各物质分子在两相中进行分配，最后达到平衡。这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程，称为分配过程。分配达到平衡以K表示，K=物质在固定相中的浓度/物质在固定相中的的浓度，在恒温下的温度下，分配系数是一个常数。由此可见，气相色谱分离的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。气相色谱分析仪充分利用这一原理，能够快速，高效，准确地分析变压器油中的组分及其地分析，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。
2、故障特征气体产生的原因
局部过热，电晕和电弧是导致油浸纸绝缘中产生故障特征气体的主要原因。变压器在正常运行状态下，由于油和固体绝缘会逐渐老化，变质，并分解出极少数量的气体（主要包括氢H2.甲烷CH4，乙烷C2H6 乙烯C2H4乙炔C2H2，一氧化碳CO，二氧化碳CO2等多种气体）。当变压器内部发生过热性故障，放电性故障和内部绝缘受潮时，这些气体的含量会迅速的增加。这些气体大部分溶解在绝缘油中，少部分上升至绝缘油的表面，并进入气体继电器，经验证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质和程度直接有关。在一般情况下，变压器油中是含有溶解气体的，含有气体最大值约为CO-100UL/L，CO2-35UL/L，H2-15UL/L，CH4-2.5L/L。运用油中有少量的CO和烃类气体。但是变压器有部故障时，油中溶解气体的含量就在不相同了。
3、特征气体变化与变压器内部故障的关系
3.1 氢气H2变化。变压器在高，中温过热时，H2一般占氢烃总量的27%以下，而且随着温度的升高，H2的绝对含有所增长，但其绝对比例有却相对下降。变压器无论是热故障还是电故障，最终都将导致绝缘介质裂解产生各种特征的气体。由于碳氢键之间的键能低，生成热小，在绝缘的分解过程中，一般总是先生成H2，因此H2是各种故障特征气体的主要组成之一。变压器内部进水受潮是一种内部潜伏性故障，其特征是气体H2含量很高。客观上如果色谱分析发现H2含量超标，面其它成分并没有增大时，可大致先判断为设备含有水分，为进一步判别，可加做微水分析。
3.2乙炔C2H2变化。C2H2的产生与放电故障有关，当变压器内部发生电弧放电时，C2H2一般占总烃的20%——70%，H2占氢烃总，量的30%——90%，并且在绝大多数情况下，C2H4高于CH4.当C2H2含量占主要成分且超标时，则很多可能是设备绕组短路或分接开关切换产生弧光放电所致。如果其它成分没有超标，而C2H2超标且增长速率较快，则可能是设备内部存在高能量放电故障。
3.3甲烷CH4和乙烯C2H4变化。在过热性故障中，当只有热源处的绝缘油分解时，特征气体CH4和C2H4两者之和一般可占总烃的80%以上，且随着故障点温度的升高，C2H2占比例也增加。
3.4一氧化碳CO和二氧化碳CO2变化。无论何种放电形式，除了产生氢烃类气体以外，与过热故障一样，只要固体绝缘介入，都会产生CO和CO2。但是从总体上来说，过热性故障的产气率比放电性故障慢。
3.4.1绝缘老化时产生的CO、CO2。正常运行中的设备内部绝缘油和固体绝缘材料由于受到电场、热度、温度及氧的作用，随运行时间而发生速度缓慢的老化现象，除产生一些怍气态的劣化产物外，还会产生少量的氧、低分子烃类气体和碳的氧化物等，其中碳的氧化物CO、CO2含量最高。变压器正常运行下产生的CO、CO2含量随设备的运行年限的增加而上升，这种变化自势较缓慢，说明变压器内固体材料逐渐老化，随着老化程度的加剧，绝缘材料的强度不断的降低，有被击穿的可能另一方面材料老化产生沉积物，降低绝缘油的性能，易造成局部过热和其它故障。这说明设备内部绝缘材料老化发展到一定程度有可能产生剧烈变化，容易形成设备故障式损坏事故。因此在进行色谱分析判断设备状况时，CO、CO2作为固體绝缘材料有关的特征气体，当其含量上升到一定程度或其含量变化幅度较大时，都应引起警惕，迟早将绝缘老化严重的设备退出运行，以防发生击穿短路事故。
3.4.2故障过热时产生的CO、CO2。固体绝缘材料在高能量电弧放电时产生较多的CO、CO2。由于电弧放电的能量密度高，在电应力作用下会产生高速电子流，固体绝缘材料遇到这些电子轰击后，将受到严重的破坏，同时，产生大量的气体一方面会进一步降低绝缘，还含有较多的可燃气体，因此若不及时的处理，严重时有可能造成设备的重大损坏和爆炸事故。当设备内部发生各种过热性故障时，由于局部温度较高，可导致热点附近的绝缘物发生热分解而析出气体，变压器内油浸绝缘纸开始热解时产生的主要气体是CO2随着温度的升高产生的CO含量也增多。使CO与CO2比值升高，至800℃时，比值可高达2.5。局部过热的危害不如放电故障那样严重，但从发展的后果分析，热点可加速绝缘的老化，分解产生各种气体，低温热点发展成为高温热点，附近的绝缘被破坏，导致故障扩大。综上所述，利用气相色谱分析变压器油的气体组分及含量，能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态，能够提前知道变压器内部存在的潜在性故障，即在变压器运行中（不停电、不吊芯的情况下），通过常规检测及色谱分析就可以把变压器中有无故障、有什么性质的故障诊断出来，这对于变压器的维护起到关健性的指导作用，从而更好的保证电力系统的安全运行。