摘要：文章针对变压器离线监测的不足，提出了变压器在线监测的方法，并介绍了变压器气相色谱分析法原理和优点，阐明了如何根据监测到的数据来诊断设备故障，针对日常出现的情况提出了气体色谱分析法的注意事项。

关键词：变压器油；在线监测；故障诊断；色谱分析 文献标识码：A

中图分类号：TM406 文章编号：1009-2374（2015）21-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.077

1 概述

设备维修的概念起源于20世纪50年代，当时电网电压等级较低，容量也不大，电气设备出现问题时造成的影响和损失也较小，事故后再维修成为当时电力设备的普遍选择，但由于传统的离线监测与定期停运实验等方式属于间断性评估，难以将故障遏制在初期阶段，增加了设备运行的风险。近年来，随着传感器和光纤等相关技术的发展和应用，出现了一种能够动态监测被测设备相关数据的在线监测方法，反映变压器当前的运行状态，结合以往的运行经验与相关标准进行全面分析，明显提高了成功发现变压器缺陷的效率与准确性，并能够及时地进行报警，让运行及班组人员采取相应措施，缩短故障存在的时间，限制故障的进一步发展，以确保电网的安全稳定运行。

变压器在运行过程中，由于发热老化或者放电故障等原因，油中会含有一定量的反映故障特征的气体如一氧化碳、二氧化碳、氢气、乙炔、乙烯等多种气体或其中几种的混合气体。而根据故障类型、严重程度不同，变压器油中产生的气体的种类、含量多少也各不相同。而对这些气体进行监测分析，根据气体种类和容量，推断当前变压器中是否存在潜伏性故障，以及故障的严重程度。目前主要采用变压器油中溶解气体分析法（DGA）也称为气相色谱分析法，已成为电力系统判断变压器内部故障性质的常用方式。

2 变压器油色谱分析的原理和优点

气相色谱分析技术是采用由气体传感器和色谱检测相结合的现场的监控系统进行监测的方法，它的原理分为定性分离和定量检测两个步骤，其原理图如图1所示，第一步是利用不同气体对应色谱柱的长度不一样，将气体通过色谱柱时则可以实现分离，确定是哪种气体；第二步则将不同种类气体通过检测器，确定各种气体的多少，实现定量检测。根据这两步的检测结果，分析变压器油的状态，判断变压器设备内部情况，是否发生故障。经过实践，总结出气相色谱分析法有着明显的优点，主要有以下三点：（1）花费时间短，色谱分析对含有多个成分的样品进行分析，平均每个成分只需1分钟左右，成分增多时，平均时间还会进一步下降。（2）分离能力强，即使混合物的成分复杂，化学物理性质相差不大，也能进行很好的分离。（3）采样量少，完成一个分析只需要几毫升甚至更少的样品。

3 变压器内部的常见故障及原因

变压器内部故障一般分为三类：即放电短路故障和过热故障及设备进入外部空气和水分的潜伏性故障。

3.1 变压器放电故障产生的原因

变压器放电分为火花放电、弧光放电及局部放电。（1）火花放电，放电能量较低，多由接触不良所造成的，如电流互感器内部引线对外壳放电和铁芯接地片接触不良造成的悬浮电位放电。（2）弧光放电，又称为高能量放电，原因通常是线卷匝、层间绝缘击穿，过电压引起的内部闪络。（3）局部放电，在变压器引线、端部绝缘结构及突出的金属电极表面，如油箱内壁的焊缝及附在其上的焊渣；造成了绝缘结构中电场分布不均匀，极易产生局放。

3.2 变压器过热故障产生的原因

变压器过热故障可以分为高温过热、中温过热、低温过热。主要原因是：（1）铁心两点或多点接地；（2）引线连接不良；（3）分接开关接触不良；（4）铁芯间短路或被异物短路；（5）部分绕组短路或不同电压比并列运行，引起的循环电流发热。

各种不同故障会产生不同的故障特征气体，我们以此作为判据来确定故障类型，故障特征气体见表1：

4 气相色谱数据的综合判断

三比值法是目前我国主要采用的方法，经过经验总结，该方法采用五种特征气体相比构成五个比值，然后依据经验确定了比值的范围与大小对应的意义，从而对其进行编码，实现不同类型故障的诊断。该方法已被国际电工委员会（IEC）组织推荐使用，得到广泛认可。三比值法编码表见表2：

4.1 气体产气速率的注意值

气体产气速率是除气体容量和种类之外分析变压器内部故障的又一参考指标，产气速率分为相对产气速率和绝对产气速率两种，而相对产气速率有一个参考基准，当基准本身浓度较小时，误差较大，故相对产气速率可靠性不太高，使用较少。绝对产气速率使用较多，多在气体浓度接近设定标准值或者超过时，进行密切

关注。

4.2 对二氧化碳及一氧化碳的判断

正常情况下，对于开放式变压器而言，由于变压器油与空气接触，油中会溶解一定量的空气，但其饱和度不超过10%，所以设备内CO2含量不超过300μL/L，但当变压器固体和绝缘老化或者油长期氧化时，可能会造成CO2及CO含量的明显增长。当检测计算发现（CO2/CO）>7时，要关注固体绝缘材料是否老化。当（CO2/CO）<3，则可能是故障高于200℃涉及到固体绝缘材料时，更精确的做法是，应将最后两次检测的数据相减，计算差值，然后计算差值比值重新计算（CO2变/CO变）<3，来判断故障是否与固体绝缘有关。

4.3 乙炔含量分析及注意值

乙炔是我们日常监控中最重要的一个指标，变压器无故障时，油内不会出现乙炔，乙炔是变压器内部出现放电的特征气体，当总烃内乙炔含量较小时，通常意味着故障还在形成阶段，但乙炔出现明显增长时，则很有可能是因为发生了击穿事故，而乙炔含量的多少与故障缺陷的严重程度与紧迫程度没有必然的联系，反而与产气的速度有较大的关系，方便用来判断故障位置。

5 变压器油气相色谱分析的注意事项

对于变压器特别是准备投运的，油中检测到的气体含量越小越好，一旦发现H2、C2H2和（CH4+C2H2）中某值较高时，应重点关注以下情况：（1）瓦斯保护是否动作，瓦斯继电气内是否有气体，变压器内部注入的油有无进行过滤脱气处理，呼吸器硅胶变色是否超过2/3。（2）变压器外壳焊接处密封是否良好，有无漏油。（3）绕组或者铁芯接地是否良好。（4）是否负荷较高，冷却器油泵长时间转动，测试是否对油质造成影响。

6 结论

（1）在线监测通过数据分析可以及早发现潜在性故障。（2）采用三比值法对获得的数据进行分析可以明确设备故障的类型，做出相应应对措施。（3）在线监测发现数据异常时，要明确重点关注的注意事项。

参考文献

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作者简介：赖绍奇（1982-），男，广东东莞人，供职于广东电网东莞供电局，研究方向：电力系统运行与分析。

（责任编辑：蒋建华）endprint