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淺談變壓器油色譜的分析

    從技術(shù)和專業(yè)管理的角度敘述變電站變壓器、互感器內(nèi)油的氣相色譜分析，以分析溶解于變壓器油中氣體來診斷設(shè)備內(nèi)部存在的故障。油氣相色譜分析在檢驗(yàn)充油設(shè)備試驗(yàn)中占有十分重要的地位。文章詳細(xì)介紹了絕緣油、紙熱解產(chǎn)氣的理化過程。并對(duì)油樣的提取要點(diǎn)進(jìn)行了論述。最后根據(jù)本地區(qū)的電網(wǎng)等實(shí)際情況，舉例說明故障后設(shè)備油中氣體成份的分析判斷。在研究、分析的基礎(chǔ)上，論證了色譜分析與電氣試驗(yàn)的關(guān)系。

　　隨著地方經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，及電氣設(shè)備的不斷更新?lián)Q代的需要，給我們供電部門不論是從設(shè)備上還是技術(shù)上提出了更高的要求。為保證供給足夠的優(yōu)質(zhì)電能，減少停電時(shí)間在采取原有的狀態(tài)檢修基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)行在線監(jiān)測。變壓器類設(shè)備是變電站最關(guān)鍵的設(shè)備，它不僅是因?yàn)閮r(jià)值昂貴，最重要的是它發(fā)生事故后，影響面廣，給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的損失。目前對(duì)此類設(shè)備的安全運(yùn)行給予高度的重視，而對(duì)變壓器、互感器等用油的電氣設(shè)備類最好的監(jiān)測手段之一，就是對(duì)設(shè)備內(nèi)的油進(jìn)行氣相色譜分析，以分析溶解于變壓器油中氣體來診斷設(shè)備內(nèi)部存在的故障。所以油氣相色譜分析在檢驗(yàn)充油設(shè)備試驗(yàn)中占有十分重要的地位。

一、絕緣油、紙熱解產(chǎn)氣的理化過程

　　變壓器的絕緣材料主要是油、紙組合絕緣，變壓器內(nèi)部潛伏性故障產(chǎn)生的氣體主要是來源于油和紙的熱裂解。熱解產(chǎn)氣特征與材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，礦物質(zhì)絕緣油的化學(xué)組成是石油烴類；絕緣紙的化學(xué)成分是纖維素。在它們的分子結(jié)構(gòu)上有不同類型的化學(xué)鍵，鍵能越高，分子越穩(wěn)定，由于具有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔锓肿釉诟邷叵碌牟煌€(wěn)定性，因此需要了解一下絕緣油熱裂解產(chǎn)氣的一般規(guī)律，即產(chǎn)生的烴類氣體的不飽和度是隨裂解能量密度（溫度）的增加而增加的。隨著熱裂解溫度增高的過程裂解的順序是：烷烴―烯烴―炔烴―焦炭。

　　不同性質(zhì)的故障，產(chǎn)生氣體組份的特征不一樣，例如局部放電時(shí)產(chǎn)生氫；較高溫度過熱時(shí)產(chǎn)生甲烷與乙烯，當(dāng)嚴(yán)重過熱時(shí)也會(huì)產(chǎn)生少量的乙炔；電弧故障時(shí)產(chǎn)生乙炔和氫氣。另外，不同性質(zhì)和不同能源大小的故障，產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速度也不一樣。初始階段的潛伏性故障產(chǎn)氣少，產(chǎn)氣速度慢；故障源溫度高、面積大的故障產(chǎn)氣多、產(chǎn)氣速度快。要明白這個(gè)道理，必須對(duì)絕緣油、紙?jiān)诠收舷聼崃呀猱a(chǎn)氣的化學(xué)原理有一個(gè)基本了解，這對(duì)我們分析和判斷變壓器類設(shè)備的故障有所幫助。

二、簡述

　　變壓器內(nèi)部故障，主要是局部過熱和局部放電。這些故障都會(huì)使故障點(diǎn)周圍的絕緣油和固體絕緣材料氧化分解而產(chǎn)生氣體，這些氣體大部分溶解于絕緣油中或懸浮在絕緣材料的氣隙中。油的色譜分析法就是對(duì)運(yùn)行中油樣進(jìn)行溶解氣體的成分及含量的分析，根據(jù)其氣體成份及含量判斷變壓器的潛伏性故障及其性質(zhì)，從而采取有效措施，將各種隱患消滅在萌芽狀態(tài)之中，從而預(yù)防重大事故的發(fā)生。

　　運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)資料表明，對(duì)變壓器油進(jìn)行氣相色譜分析，就要對(duì)運(yùn)行中的變壓器內(nèi)部可能有局部過熱或局部放電兩種形式的故障進(jìn)行分析，來判斷變壓器內(nèi)存在潛伏故障的性質(zhì)和嚴(yán)重性?！蹲儔浩饔椭腥芙鈿怏w分析和判斷導(dǎo)則》規(guī)定：對(duì)于高電壓、大容量的電力變壓器及高壓互感器在投運(yùn)前應(yīng)進(jìn)行絕緣油的氣相色譜分析。因此，我們?cè)谛隆U(kuò)建的變電站，在設(shè)備投入運(yùn)行前都要進(jìn)行油的氣相色譜分析，并且在運(yùn)行中要定期對(duì)變壓器、互感器中的絕緣油進(jìn)行氣相色譜分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。

三、油樣的提取

　　在對(duì)變壓器油中溶解氣體進(jìn)行色譜分析時(shí)，至關(guān)重要的一步是取油樣，所取油樣要有足夠代表性，如何取樣才不致于使油中溶解氣體散失？理想的取樣應(yīng)滿足以下條件。

　?。?）所使用的玻璃注射器嚴(yán)密性要好。

　?。?）取樣時(shí)能完全隔絕空氣，取樣后不要向外跑氣或吸入空氣。

　　（3）材質(zhì)化學(xué)性穩(wěn)定且不易破損，便于保存和運(yùn)輸。

　　（4）實(shí)際取油樣時(shí)，一般選用容積為100ml全玻璃注射器。

　?。?）取樣前將注射器清洗干凈并烘干，注射器芯塞應(yīng)能自由滑動(dòng)，無卡澀。

　?。?）應(yīng)從設(shè)備底部的取樣閥放油取樣。

　?。?）取樣閥中的殘存油應(yīng)盡量排除，閥體周圍污物擦干凈。

　?。?）取樣連接方式可靠，連接系統(tǒng)無漏油或漏氣缺陷。

　?。?）取樣前應(yīng)設(shè)法將取樣容器和連接系統(tǒng)中的空氣排盡。

　?。?0）取樣過程中，油樣應(yīng)平緩流入容器，不產(chǎn)生沖擊、飛濺或起泡沫。

　?。?1）取完油樣后，先關(guān)閉放油閥門，取下注射器，并封閉端口，貼上標(biāo)簽，盡快進(jìn)行色譜分析。

四、油中氣體成份的分析判斷

　　氣相色譜法檢測變壓器故障在判斷上的首要任務(wù)是判明故障的性質(zhì)類型：是過熱性故障還是放電性故障，故障的大體部位是在裸金屬還是介入了固體絕緣。通過前述對(duì)絕緣油、紙熱解產(chǎn)氣化學(xué)原理的討論，我們知道故障源的局部能量密度（或溫度）與產(chǎn)生烴類氣體的不飽和度之間有密切的關(guān)系，即由故障產(chǎn)氣的組份特征便能判斷故障的性質(zhì)。因此采用氣體特征判斷法是比較簡便的，它對(duì)實(shí)際判明故障的大體性質(zhì)很有幫助。

　　變壓器正常運(yùn)行時(shí)，絕緣油和固體絕緣材料在電磁場和溫度的作用下，會(huì)逐步氧化分解，產(chǎn)生微量的氫（H2）、低分子烴類氣體和碳的氧化物等氣體。氣相色譜分析就是根據(jù)上述氣體在絕緣油中含量的多少，來判斷其故障類型。

五、色譜分析與電氣試驗(yàn)的關(guān)系

　　色譜診斷技術(shù)是保證變壓器、互感器等充油設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段之一，油中氣體分析對(duì)運(yùn)行設(shè)備內(nèi)部早期故障診斷雖然很靈，但由于它的技術(shù)特點(diǎn)在故障診斷上還有不足之處，對(duì)有的故障部位判斷還不夠準(zhǔn)確，有時(shí)還是易造成誤判。因此電氣試驗(yàn)也是對(duì)電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行監(jiān)督的重要手段，它和絕緣油氣相色譜分析相輔相成，缺一不可。在對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行故障判斷時(shí)，還需結(jié)合電氣試驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，應(yīng)盡量收集各種資料，設(shè)備運(yùn)行情況及設(shè)備檢修情況、色譜數(shù)據(jù)、電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)故障的部位、原因、部件的損壞程度等作出準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)行綜合分析才能得到正確的數(shù)據(jù)，從而制定出適當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC設(shè)備的安全運(yùn)行。