變壓器油的在線監測與故障診斷
電力科技
作者：賴紹奇
摘要：文章針對變壓器離線監測的不足，提出了變壓器在線監測的方法，並介紹了變壓器氣相色譜分析法原理和優點，闡明了如何根據監測到的數據來診斷設備故障，針對日常出現的情況提出了氣體色譜分析法的注意事項。
關鍵詞：變壓器油；在線監測；故障診斷；色譜分析 文獻標識碼：A
中圖分類號：TM406 文章編號：1009-2374（2015）21-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.077
1 概述
設備維修的概念起源於20世紀50年代，當時電網電壓等級較低，容量也不大，電氣設備出現問題時造成的影響和損失也較小，事故後再維修成為當時電力設備的普遍選擇，但由於傳統的離線監測與定期停運實驗等方式屬於間斷性評估，難以將故障遏製在初期階段，增加了設備運行的風險。近年來，隨著傳感器和光纖等相關技術的發展和應用，出現了一種能夠動態監測被測設備相關數據的在線監測方法，反映變壓器當前的運行狀態，結合以往的運行經驗與相關標準進行全麵分析，明顯提高了成功發現變壓器缺陷的效率與準確性，並能夠及時地進行報警，讓運行及班組人員采取相應措施，縮短故障存在的時間，限製故障的進一步發展，以確保電網的安全穩定運行。
變壓器在運行過程中，由於發熱老化或者放電故障等原因，油中會含有一定量的反映故障特征的氣體如一氧化碳、二氧化碳、氫氣、乙炔、乙烯等多種氣體或其中幾種的混合氣體。而根據故障類型、嚴重程度不同，變壓器油中產生的氣體的種類、含量多少也各不相同。而對這些氣體進行監測分析，根據氣體種類和容量，推斷當前變壓器中是否存在潛伏性故障，以及故障的嚴重程度。目前主要采用變壓器油中溶解氣體分析法（DGA）也稱為氣相色譜分析法，已成為電力係統判斷變壓器內部故障性質的常用方式。
2 變壓器油色譜分析的原理和優點
氣相色譜分析技術是采用由氣體傳感器和色譜檢測相結合的現場的監控係統進行監測的方法，它的原理分為定性分離和定量檢測兩個步驟，第一步是利用不同氣體對應色譜柱的長度不一樣，將氣體通過色譜柱時則可以實現分離，確定是哪種氣體；第二步則將不同種類氣體通過檢測器，確定各種氣體的多少，實現定量檢測。根據這兩步的檢測結果，分析變壓器油的狀態，判斷變壓器設備內部情況，是否發生故障。經過實踐，總結出氣相色譜分析法有著明顯的優點，主要有以下三點：（1）花費時間短，色譜分析對含有多個成分的樣品進行分析，平均每個成分隻需1分鍾左右，成分增多時，平均時間還會進一步下降。（2）分離能力強，即使混合物的成分複雜，化學物理性質相差不大，也能進行很好的分離。（3）采樣量少，完成一個分析隻需要幾毫升甚至更少的樣品。
3 變壓器內部的常見故障及原因
變壓器內部故障一般分為三類：即放電短路故障和過熱故障及設備進入外部空氣和水分的潛伏性故障。
3.1 變壓器放電故障產生的原因
變壓器放電分為火花放電、弧光放電及局部放電。（1）火花放電，放電能量較低，多由接觸不良所造成的，如電流互感器內部引線對外殼放電和鐵芯接地片接觸不良造成的懸浮電位放電。（2）弧光放電，又稱為高能量放電，原因通常是線卷匝、層間絕緣擊穿，過電壓引起的內部閃絡。（3）局部放電，在變壓器引線、端部絕緣結構及突出的金屬電極表麵，如油箱內壁的焊縫及附在其上的焊渣；造成了絕緣結構中電場分布不均勻，極易產生局放。
3.2 變壓器過熱故障產生的原因
變壓器過熱故障可以分為高溫過熱、中溫過熱、低溫過熱。主要原因是：（1）鐵心兩點或多點接地；（2）引線連接不良；（3）分接開關接觸不良；（4）鐵芯間短路或被異物短路；（5）部分繞組短路或不同電壓比並列運行，引起的循環電流發熱。