（－ｒ夏电力｝２００９年增刊 浅谈油色谱分析判断变压器故障 曹军 （中电投宁夏青铜峡能源铝业集团电力分公司， 宁夏 银川市７５０００２） 摘要ｔ 电力变压器故障检测主要有电气量检测和化学量检测两种方法。化学量检测（即色谱分 析）主要是通过变压器油中特征气体的含量、产气速率和三比值法进行分析判断，它体现了变压器的 潜伏性故障及故障发展程度的真实性。在实际应用过程中，能真实、准确诊断变压器的内部故障；色 谱分析法根据设备历史运行状况、特征气体的含量等采用不同的分析模型确定设备运行是否属于正 常或存在潜伏性故障以及故障类别，能有效判断变压器故障类型，对变压器检修提供可靠依据。保证 变压器健康稳定运行。 关键词：油色谱分析；判断； 变压器；探析 中图分类号：ＴＭ４０７ 文献标志码： Ｂ 文章编号：１６７２—３６４３（２００９）ｚｋ－０２４４—ｏ４ １引言 能恶化。又可按产生电效应的强弱分为高能放电（电弧 放电）、低能量放电（火花放电）和局部放电三种。 变压器故障诊断中应综合各种有效的检测手段和 （１）发生电弧放电时，产生气体主要为乙炔和 方法，对得到的各种检测结果进行综合分析和评判，根 氢气，其次是甲烷和乙烯气体。这种故障在设备中 据ＤＩ／１５９６—１９９６电力设备预防性试验规程规定的试 存在时间较短，预兆又不明显，因此一般色谱法较 验项目及试验顺序，通过变压器油中气体的色谱分析 难预测。 这种化学检测方法，在不停电的情况下，对发现变压器 （２）火花放电，是一种间歇性的放电故障。常见于 内部的某些潜伏性故障及其发展程度的早期诊断非常 套管引线对电位未固定的套管导电管，均压圈等的放 灵敏而有效。经过多年实践经验证明，油中气体的各种 电；引线局部接触不良或铁心接地片接触不良而引起 成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关，它们 的放电；分接开关接触不良或金属螺丝电位悬浮而引 之间存在不同的数学对应关系。 起的放电等。产生气体主要为乙炔和氢气，其次是甲 烷和乙烯气体，但由于故障能量较低，一般总烃含量 ２变压器故障类型及特征气体 不高。 （３）局部放电主要发生在互感器和套管上。由于设 ２．１过热性故障 备受潮，制造工艺差或维护不当，都会造成局部放电。 由于设备的绝缘性能恶化、油等绝缘材料裂化分 产生气体主要是氢气，其次是甲烷。当放电能量较高 解，又分为裸金属过热和固体绝缘过热两类。裸金属过 时，也会产生少量的乙炔气体。 热与固体绝缘过热的区别是以ＣＯ和ＣＯ 的含量为准， ２．３特征气体 前者含量较低，后者含量较高。 变压器绝缘受潮时，其特征气体Ｈ：含量较高，而其 ２．２放电性故障 它气体成分增加不明显。 设备内部产生电效应（即放电）导致设备的绝缘性 收稿日期：２００９－０９—０８ 作者简介：曹军（１９６６－），男，工程师，从事电力系统及其自动化安装、调试、电气检修管理工作。 ・２４４・ 《宁夏电力）２００９年增刊 浅谈油色谱分析判断变压器故障 运行负荷和温度等因素有关，因此目前导则还不能规 定统一的注意值。只是粗略地认为，开放式的变压器 中，ＣＯ的含量小于３００ Ｌ，ＣＯ２／ＣＯ比值在７左右 ３色谱分析诊断的基本程序 （１）首先看特征气体的含量。若Ｈ：、Ｃ２Ｈ：、总烃有一 项大于规程规定的注意值的２０％，应先根据特征气体 时，属于正常范围；而密封变压器中的ｃｏ２／ＣＯ比值一 般低于７时也属于正常值。 （６）应用举例： 含量作大致判断，主要的对应关系是：①若有乙炔，应 怀疑电弧或火花放电；②氢气很大，应怀疑有进水受潮 的可能；③总烃中烷烃和烯烃过量而炔烃很小或无，则 ①青铜峡水电站 主变，１９６７年生产，年投运至 是过热的特征。 （２）计算产生速率，评估故障发展的快慢。 （３）通过分析气体组分含量，进行三比值计算，确定 故障类别。 （４）核对设备的运行状况，并且通过其它试验进行 综合分析判断。 ４油中主要气体含量达到注意值时故障分析 方法 在判断设备内有无故障时，首先将气体分析结果 中的几项主要指标，Ｈ：，Ｙ．ＣＨ，Ｃ２Ｈ：与色谱分析导则规 定的注意值进行比较。 （１）当任一项含量超过注意值时都应引起注意。 但是这些注意值不是划分设备有无故障的唯一标 准，因此，不能拿“标准”死套搬硬。如有的设备因某 种原因使气体含量较高，超过注意值，也不能断言判 定有故障，因为可能不是本体故障所致，而是外来干 扰引起的基数较高，这时应与原始数据、近几年实验 报告进行综合分析。又如有些气体含量虽低于注意 值，但含量增长迅速时，也应追踪分析。就是说：不要 以为气体含量一超过注意值就判断为故障，甚至采 取内部检查修理或负荷等措施，是不经济的，而 最终判断有无故障，是把分析结果绝对值超过规定 的注意值，且产气速率又超过１０％的注意值时，才判 断为存在故障。 （２）注意值不是变压器停运的，要根据具体 情况进行判断，如果不是电路或绝缘等问题，可以缓 停运检查。 （３）若油中含有氢和烃类气体，但不超过注意值， 且气体成分含量一直比较稳定，没有发展趋势，则认为 变压器运行正常。 （４）表１中注意值是根据对国内多台次变压器的 统计而制定的，其中统计超过注意值的变压器台数占 总台数的比例为５％左右。 （５）注意油中ＣＯ、ＣＯ 含量及比值。变压器在运行 中固体绝缘老化会产生ＣＯ和ＣＯ 。同时，油中ＣＯ和 ＣＯ：的含量既同变压器运行年限有关，也与设备结构、 今已运行４２年，接近设备的寿命期。从多次的油色谱 报告分析中，得出变压器油中存在多种气体含量超标 现象的结论，具体数据见表１。 表１ 主变油色谱分析报告 气体含量（￣Ｌ／Ｌ） 日期—— 甲烷乙烯乙烷乙炔 氢 ＣＯ ＣＯ：总烃 对上述数据跟踪、综合分析，有不同程度乙炔、乙 烯、总烃超过注意值，考虑变压器运行年限、内部绝缘 老化，结合外部电气检测数据，认为该变压器可继续 运行，加强跟踪，缩短试验周期。目前此变压器仍在线 运行。 ＠２００６年４月１５日，发现 主变预试时发现氢气 含量明显增长。变压器型号为：ＳＬ－４５０００ ｋｖ ｌ １０ ｋＶ， 现测量具体色谱数据如表２。 表３ 主变气体色谱测量数据 气体含量（ｐ．Ｌ／Ｌ） 日期 ～ 甲烷乙烯乙烷乙炔 氢 ＣＯ ＣＯ 总烃 ２００６．５．５ １．８９ ０．７５ ６．５２ １．９３ １２０．５ｌ ５６ ２６５ １１．０９ ２００６．５．１５ ２．２６ １．６５ ７．３３ ３．９８ １２３．５６ ６９ ２５６ １４．８５ 分析结果：色谱分析显示氢气含量虽未超过注意 值，但增长较快，为原数值的ｌ２倍，其它特征气体无 明显变化，说明变压器油中有水分在电场作用下电 解释放出氢气，同时对油进行电气耐压试验。击 穿电压为２８ ｋＶ，微水测定为８０ ｐｐｍ，进一步验证 油中有水分存在。经仔细分析检查发现防暴筒密封 玻璃有裂纹，内有大量水锈，外部水分通过此裂纹进 入变压器内部。经处理后变压器油中氢气含量恢复 正常。 ・２４５・ 《宁夏电力））２００９年增刊 ５故障产气速率判断法 （１）实践证明，故障的发展有一个过程，仅对油中溶 解的气体含量分析结果的绝对值很难确定故障的存在 和严重程度。因此，为了及早发现虽未达到气体含量的 注意值，但却有较快的增长速率的低能量潜伏性故障， 还必须考虑故障部位的产气速率。根据《变压器油中溶 解气体分析判断导则》中推荐通过产气速率大小作为 判断故障的危害程度，对分析故障性质和发展程度具 有重要的意义。当相对产气速率的总烃的产气速率大 于１０％时应引起注意，变压器内部可能有故障存在，如 大于４０ 月可能存在严重故障。但是，对总烃起始 含量很低的变压器不宜采用此判据ｒ２／。 （２）根据总烃含量、产气速率判断故障的方法： ①总烃的绝对值小于注意值，总烃产气速率小于 注意值，则变压器正常； ②总烃大于注意值，但不超过注意值的３倍，总 烃产气速率小于注意值，则变压器有故障，但发展缓 慢，可继续运行并注意观察。 ③总烃大于注意值，但不超过注意值的３倍，总 烃产气速率为注意值的１～２倍，则变压器有故障，应缩 短试验周期，密切注意故障发展； ④总烃大于注意值的３倍，总烃产气速率大于注 意值的３倍，则设备有严重故障，发展迅速，应立即采 取必要的措施，有条件时可进行吊罩检修回。 ⑤应用举例： ２００６年６月２日，某变电站主变投运投运时油色 谱分析报告见表３： 表３某变电站主变投运时油色谱分析 气体含量（０．Ｌ／Ｌ） 甲烷 乙烯 乙烷 乙炔 氢 ＣＯ ＣＯ ０．１６ ０．１３ ０ ０ ７．３７ ｌ１ ３２８ ０．２９ 投运后１个月，２００６年７月１０日开始跟踪，具体 所测数据见表４。 分析结果：从７月一８月份跟踪试验数据认为，特征 气体含量属正常范围，产气速率较小，考虑是新投运变 压器，继续跟踪运行；９月份后发现乙烯、乙炔、总烃含 量超过注意值，同时产气速率超过１５％，乙炔、氢气增 长较快。结合投运时电气交接试验情况，通过特征气体 产生率、三比值法判断内部可能有火花放电存在，怀疑 高压引线与套管连接处可能存在缺陷。经常规电气试 验未发现异常，放油后经仔细检查发现，套管末端屏 蔽罩固定螺丝三个中有一个较松动，但无明显放电痕 迹，紧固后对油进行脱气处理，主变试运至今色谱分 析正常。 ・２４６・ 浅谈油色谱分析判断变压器故障 表４跟踪检测数据 气体含量（１ａ，Ｌ／Ｌ） 日期～ 甲烷乙烯乙烷乙炔 氢 ＣＯ Ｃ（）２总烃 ６根据三比值法分析判断方法 所谓的ＩＥＣ三比值法实际上是罗杰斯比值法的一 种改进方法。通过计算，Ｃ：Ｈ 、ＣＨ 、Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ 的 值，将选用的５种特征气体构成三对比值，对应不同的 编码，分别对应经统计得出的不同故障类型。应用三比 值法应当注意的问题： （１）对油中各种气体含量正常的变压器，其比值没 有意义。 （２）只有油中气体各成分含量足够高（通常超过注 意值），气体成分浓度应不小于分析方法灵敏度极限 值的１Ｏ倍［３１，且经综合分析确定变压器内部存在故障 后，才能进一步用三比值法分析其故障性质。如果不 论变压器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可 能将正常的变压误判断为故障变压器，造成不必要的 经济损失。 （３）应用举例： ２００６年４月３０号，某ｌ１０ ｋＶ变电站 主变差 动、瓦斯动作跳闸，油色谱分析报告见表５： 表４ 主变差动、瓦斯动作油色谱分析 气体含量（ Ｌ，Ｌ） 日期—— 甲烷乙烯乙烷乙炔 氢 ＣＯ ＣＯ 总烃 ２００６．４．３０ １１８．４４ １ｌ８．１５ ｌ４．７８ ９６．６８ ６１９ ６４８ ２６９７３４８．０５ ２００６ ５．９ ６６．５２ １６５．８５ ２５．２９ ７１．１６】１０．５５ ６２０ ５３１９３２８．８２ 分析结果：变压器差动、瓦斯继电器同时动作，甲 烷、乙烯、乙炔、氢气、总烃含量均超过注意值数倍，可 直接采用三比值法判断故障类型。查编码为１０２，属高 能放电故障，可能会出现工频续流放电、绕组之间或绕 组对地之间的绝缘油发生电弧击穿、调压开关切断电 源等；结合外部电气试验测得Ｂ相高压绕组直流电阻 不平衡率达２５％，初步判断为Ｂ相绕组有严重电弧故 障。吊罩检查发现Ｂ相高压绕组中性点处出现严重匝 间短路，并有电弧放电痕迹，主变本体损坏严重。 《宁夏电力））２００９年增刊 浅谈油色谱分析判断变压器故障 ７结束语 电站变压器安全、可靠、经济运行。 变压器油中气体含量色谱分析方法能及时有效诊 参考文献： 断变压器内部潜伏性故障的早期存在。具体应用中要 ［１］ 郝有Ｅ目．电力用油（气）技术问答，中国电力出版社【Ｍ】， 根据故障或缺陷的不同发展时段，采用不同的分析方 ２０Ｏ６：８９ 法，结合设备的实际运行状况及几年电气试验数据，以 ［２］ 王晓鹰．变压器故障与监测，机械工业出版社【Ｍ】， 及油实验数据，要对变压器进行综合分析，做出正确评 ２Ｏ０４．３：５１ 判设备状况或制定针对性的检修计划，确保青铜峡水 ［３］董其国．电力变压器故障与诊断，中国电力出版社【Ｍ】， ２０（）０：４３ （上接第２３８页） 堵塞严重将影响到机组的进气量。所以必须及时更换 ４－４．３ 系统漏油 其滤芯。 检查系统管路，接头及部件是否漏油。 ４．３．４压力调节器失灵或损坏 ４．４．４油位太高、油沫过多 压力调节系统的功能是根据客户用气量的大小，自 排出过量的润滑油，如油质损坏应更换润滑油。 动调节压缩机，以便达到供需平衡。所以要对损坏的压 ４．４．５水冷冷却器内部铜管破裂 力调节器及时更换，对失灵的压力调节器及时调整。 更换或修复冷却器。 ４．３．５进气阀不能完全打开 ４．４．６机组卸载运行时间过长或机组长时间低压运行 进气阀的功能是控制进气量。机组满负荷运行时， 检查压力设定。喷油机机组长时间卸载运行危害 进气阀处于全开状态。当用户所需用气量减小时，由气 较大，长时间卸载运行会引起油分离器中水含量增加， 量调节装置向进气阀输入压缩空气，使进气阀开度减 油乳化可能性增大。 小，从而减少压缩机的进气量，进气阀故障将影响机组 所带负荷的多少。 ５结束语 ４．３．６控制管路漏气 控制管路漏气将使进气阀无法全部打开以至于机 熟悉掌握ＬＳ２５Ｓ一３５０Ｈ螺杆式空气压缩机的工作 组负荷无法带满。 原理以及常见故障的处理方法，是保证空气压缩机正 ４．４油耗过量的原因及消除方法 常运行的关键，高度重视空气压缩机在运行中出现的 ４．４．１ 回过滤器或节流孔阻塞 各种问题，及时彻底地消除缺陷方可保障机组安全生 清洗过滤器、滤网和节流孔 产用汽的需求。 ４．４．２分离芯损坏或工作不正常 检查分离器滤芯，若损坏，必须更换。 参考文献： ［１］ 杨洁成、王喜魁．泵与风机．中国电力出版社，２０００年４月． ・２４７・
