浅谈变压器油色谱的分析
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作者: 贾凌婷
【摘 要】从技术和专业管理的角度叙述变电站变压器、互感器内油的气相色谱分析，以分析溶解于变压器油中气体来诊断设备内部存在的故障。油气相色谱分析在检验充油设备试验中占有十分重要的地位。文章详细介绍了绝缘油、纸热解产气的理化过程。并对油样的提取要点进行了论述。最后根据本地区的电网等实际情况，举例说明故障后设备油中气体成份的分析判断。在研究、分析的基础上，论证了色谱分析与电气试验的关系。
【关键词】变压器 色谱 油分析
随着地方经济迅速发展，及电气设备的不断更新换代的需要，给我们供电部门不论是从设备上还是技术上提出了更高的要求。为保证供给足够的优质电能，减少停电时间在采取原有的状态检修基础上，进一步实行在线监测。变压器类设备是变电站最关键的设备，它不仅是因为价值昂贵，最重要的是它发生事故后，影响面广，给工农业生产造成巨大的损失。目前对此类设备的安全运行给予高度的重视，而对变压器、互感器等用油的电气设备类最好的监测手段之一，就是对设备内的油进行气相色谱分析，以分析溶解于变压器油中气体来诊断设备内部存在的故障。所以油气相色谱分析在检验充油设备试验中占有十分重要的地位。
一、绝缘油、纸热解产气的理化过程
变压器的绝缘材料主要是油、纸组合绝缘，变压器内部潜伏性故障产生的气体主要是来源于油和纸的热裂解。热解产气特征与材料的化学结构有着密切的关系，矿物质绝缘油的化学组成是石油烃类；绝缘纸的化学成分是纤维素。在它们的分子结构上有不同类型的化学键，键能越高，分子越稳定，由于具有不同化学键结构的碳氢化合物分子在高温下的不同稳定性，因此需要了解一下绝缘油热裂解产气的一般规律，即产生的烃类气体的不饱和度是随裂解能量密度（温度）的增加而增加的。随着热裂解温度增高的过程裂解的顺序是：烷烃―烯烃―炔烃―焦炭。
不同性质的故障，产生气体组份的特征不一样，例如局部放电时产生氢；较高温度过热时产生甲烷与乙烯，当严重过热时也会产生少量的乙炔；电弧故障时产生乙炔和氢气。另外，不同性质和不同能源大小的故障，产气量和产气速度也不一样。初始阶段的潜伏性故障产气少，产气速度慢；故障源温度高、面积大的故障产气多、产气速度快。要明白这个道理，必须对绝缘油、纸在故障下热裂解产气的化学原理有一个基本了解，这对我们分析和判断变压器类设备的故障有所帮助。
二、简述
变压器内部故障，主要是局部过热和局部放电。这些故障都会使故障点周围的绝缘油和固体绝缘材料氧化分解而产生气体，这些气体大部分溶解于绝缘油中或悬浮在绝缘材料的气隙中。油的色谱分析法就是对运行中油样进行溶解气体的成分及含量的分析，根据其气体成份及含量判断变压器的潜伏性故障及其性质，从而采取有效措施，将各种隐患消灭在萌芽状态之中，从而预防重大事故的发生。
运行经验及有关资料表明，对变压器油进行气相色谱分析，就要对运行中的变压器内部可能有局部过热或局部放电两种形式的故障进行分析，来判断变压器内存在潜伏故障的性质和严重性。《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定：对于高电压、大容量的电力变压器及高压互感器在投运前应进行绝缘油的气相色谱分析。因此，我们在新、扩建的变电站，在设备投入运行前都要进行油的气相色谱分析，并且在运行中要定期对变压器、互感器中的绝缘油进行气相色谱分析，以便及时发现和解决问题。
三、油样的提取
在对变压器油中溶解气体进行色谱分析时，至关重要的一步是取油样，所取油样要有足够代表性，如何取样才不致于使油中溶解气体散失？理想的取样应满足以下条件。
（1）所使用的玻璃注射器严密性要好。
（2）取样时能完全隔绝空气，取样后不要向外跑气或吸入空气。
（3）材质化学性稳定且不易破损，便于保存和运输。
（4）实际取油样时，一般选用容积为100ml全玻璃注射器。
（5）取样前将注射器清洗干净并烘干，注射器芯塞应能自由滑动，无卡涩。
（6）应从设备底部的取样阀放油取样。
（7）取样阀中的残存油应尽量排除，阀体周围污物擦干净。
（8）取样连接方式可靠，连接系统无漏油或漏气缺陷。
（9）取样前应设法将取样容器和连接系统中的空气排尽。
（10）取样过程中，油样应平缓流入容器，不产生冲击、飞溅或起泡沫。
（11）取完油样后，先关闭放油阀门，取下注射器，并封闭端口，贴上标签，尽快进行色谱分析。
四、油中气体成份的分析判断
气相色谱法检测变压器故障在判断上的首要任务是判明故障的性质类型：是过热性故障还是放电性故障，故障的大体部位是在裸金属还是介入了固体绝缘。通过前述对绝缘油、纸热解产气化学原理的讨论，我们知道故障源的局部能量密度（或温度）与产生烃类气体的不饱和度之间有密切的关系，即由故障产气的组份特征便能判断故障的性质。因此采用气体特征判断法是比较简便的，它对实际判明故障的大体性质很有帮助。
变压器正常运行时，绝缘油和固体绝缘材料在电磁场和温度的作用下，会逐步氧化分解，产生微量的氢（H2）、低分子烃类气体和碳的氧化物等气体。气相色谱分析就是根据上述气体在绝缘油中含量的多少，来判断其故障类型。
五、色谱分析与电气试验的关系
色谱诊断技术是保证变压器、互感器等充油设备安全运行的重要手段之一，油中气体分析对运行设备内部早期故障诊断虽然很灵，但由于它的技术特点在故障诊断上还有不足之处，对有的故障部位判断还不够准确，有时还是易造成误判。因此电气试验也是对电气设备绝缘进行监督的重要手段，它和绝缘油气相色谱分析相辅相成，缺一不可。在对电气设备进行故障判断时，还需结合电气试验进行综合分析，应尽量收集各种资料，设备运行情况及设备检修情况、色谱数据、电气试验数据，对故障的部位、原因、部件的损坏程度等作出准确的判断，进行综合分析才能得到正确的数据，从而制定出适当的措施，来保证设备的安全运行。
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