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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充油設(shè)備試驗中占有十分重要的地位。文章詳細介紹了絕緣油、紙熱解產(chǎn)氣的理化過程。并對油樣的提取要點進行了論述。最后根據(jù)本地區(qū)的電網(wǎng)等實際情況，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的關(guān)系。

　　隨著地方經(jīng)濟迅速發(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，減少停電時間在采取原有的狀態(tài)檢修基礎(chǔ)上，進一步實行在線監(jiān)測。變壓器類設(shè)備是變電站最關(guān)鍵的設(shè)備，它不僅是因為價值昂貴，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。目前對此類設(shè)備的安全運行給予高度的重視，而對變壓器、互感器等用油的電氣設(shè)備類最好的監(jiān)測手段之一，就是對設(shè)備內(nèi)的油進行氣相色譜分析，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充油設(shè)備試驗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)的碳氫化合物分子在高溫下的不同穩(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，例如局部放電時產(chǎn)生氫；較高溫度過熱時產(chǎn)生甲烷與乙烯，當嚴重過熱時也會產(chǎn)生少量的乙炔；電弧故障時產(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。要明白這個道理，必須對絕緣油、紙在故障下熱裂解產(chǎn)氣的化學(xué)原理有一個基本了解，這對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。這些故障都會使故障點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運行中油樣進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。

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

三、油樣的提取

　　在對變壓器油中溶解氣體進行色譜分析時，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。

　　（1）所使用的玻璃注射器嚴密性要好。

　?。?）取樣時能完全隔絕空氣，取樣后不要向外跑氣或吸入空氣。

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

　　（4）實際取油樣時，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，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。

　　（10）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，貼上標簽，盡快進行色譜分析。

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，它對實際判明故障的大體性質(zhì)很有幫助。

　　變壓器正常運行時，絕緣油和固體絕緣材料在電磁場和溫度的作用下，會逐步氧化分解，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)備安全運行的重要手段之一，油中氣體分析對運行設(shè)備內(nèi)部早期故障診斷雖然很靈，但由于它的技術(shù)特點在故障診斷上還有不足之處，對有的故障部位判斷還不夠準確，有時還是易造成誤判。因此電氣試驗也是對電氣設(shè)備絕緣進行監(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。在對電氣設(shè)備進行故障判斷時，還需結(jié)合電氣試驗進行綜合分析，應(yīng)盡量收集各種資料，設(shè)備運行情況及設(shè)備檢修情況、色譜數(shù)據(jù)、電氣試驗數(shù)據(jù)，對故障的部位、原因、部件的損壞程度等作出準確的判斷，進行綜合分析才能得到正確的數(shù)據(jù)，從而制定出適當?shù)拇胧?，來保證設(shè)備的安全運行。