（延吉延边供电公司吉林延边朝鲜族自治州延吉133000）
摘要：随着我国社会经济的不断发展，对于变压器的运行质量、效率、经济，提出了更多的标准；以往的检测手段，并不能很好地发现其变压器内部隐藏的故障，造成企业的经济损失；但是油中溶解气体色谱分析法的应用，仅能够针对于变压器的异常情况，进行及时的发现；同时也能判断出故障的类型，产生的原因；有效地促进了我国生产水平的提升；对此本文就油色谱分析技术在变压器故障诊断中应用，结合其技术分析原理进行分析，希望对于我国科学技术的发展，有着积极的促进意义。
关键词：油色谱分析；变压器；故障识别；应用
引言
近年来，变压器油中溶解气体分析和判断（以下简称油色谱分析）在变压器故障分析诊断中受到普遍重视，用这一方法来判断和检测变压器内部潜伏性故障是一种非常有效的手段，现已作为变压器的常规检测和试验项目列为国家推荐性标准：《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（以下简称导则）。熟练运用导则，对正确分析和判断变压器发生的故障十分重要，下面简要介绍一下我们在应用《导则》开展油色谱分析工作的体会。
1油色谱分析技术
1906年，俄国物理学家茨维特（Tswett）首先发现了色谱现象。20世纪60年代，日本工程技术人员开始利用气相色谱法分析变压器油中气体含量，来评估变压器运行状态和进行故障诊断。变压器油气分析的一般做法是，先采集充油电气设备中的油样，脱出油样中的溶解气体，然后用气相色谱仪分离、检测各气体组分，浓度用色谱数据处理装置或记录仪进行结果计算。按DL/T722的规定，变压器投运前、检修前后以及正常运行时均应定期进行油样取样分析，以便了解变压器油中溶解气体的含量及增长趋势。随着脱气技术、传感器技术、计算机与人工智能技术以及油中溶解气体故障判断方法的不断发展，为了节省人力成本和降低劳动强度，以油色谱分析为核心技术的油中溶解气体在线监测系统应运而生，并在多个行业得到了广泛的应用。油中溶解气体含量在线监测系统的构成如图1所示。其工作流程是：变压器油通过油路循环单元收集到油气分离单元，溶解在变压器油中的特征气体经油气分离装置分离后，在内置微型气泵的作用下，进入定量管，定量管中的特征气体在载气作用下流过色谱柱，而后，气敏传感器按气体出峰顺序分别将特征气体变换成电信号，数据采集单元将采集到的电压信号经过A/D转换，上送到计算机系统。计算机软件计算出各组分和总烃的含量以及各自的增长率，当数据异常时，按照预设策略启动报警或故障诊断程序。考虑到在线监测系统测量数据的误差相对较大（国网公司企业标准规定的在线监测系统误差为30%），实际应用中，一般在线监测系统数据发现特征气体异常后，再由人工取油样进行分析复核。
图1油中溶解气体在线监测系统构成示意图
2油中溶解气体分析和故障判断的常用方法
2.1特征气体法
变压器油大多采用矿物绝缘油，其主要成分是碳氢化合物，由于放电或过热可以使某些C－H键和C－C键断裂，断裂后这些自由基会重新结合形成氢气和低分子烃类气体，根据释放的能量不同产生的气体不同，乙烯一般在500℃下生成，乙炔一般在800℃－1200℃的下生成，因此，变压器在不同故障时放热能量不同产生气体也不同，我们可以通过特征气体的含量来判断变压器的故障类型。通常变压器故障分为三种：过热、放电和受潮，各种故障产生的气体也各不相同。过热故障：油过热时产生气体主要是甲烷和乙烯，一般二者之和占总烃的80%以上，涉及到固体绝缘过热时除产生甲烷和乙烷外还会产生较多的一氧化碳和二氧化碳，且CO/CO2的比值会随过热温度升高而升高；放电故障：（1）电弧放电，主要特征气体为乙炔和氢气，其中乙炔占总烃的20%－70%，氢气占氢烃的30%－90%；（2）火花放电：主要特征气体为乙炔和氢气且总烃含量不会很高；（3）局部放电：主要特征气体为氢气和甲烷，其中氢气占氢烃的85%以上；受潮故障：主要特征气体为：氢气，受潮故障如不及早发现会发展成放电性故障。
2.2三比值法分析判断方法
所谓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C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6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）对于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），气体成分浓度不小于分析方法灵敏度极限值的10倍，且经综合分析确定变压器内部存在故障后，才能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，就可能造成误判。
2.3特征气体产气速率法
产气速率对反应变压器故障的存在、发展趋势更加直接。因此，考查产气速率不仅可以进一步确定故障的有无，还可以对故障的性质做出初步的估计。一般使用两种计算产气速率的方法来判断故障的发展趋势：（1）总烃绝对产气速率；每个运行小时产生总烃组分体积数的平均值；（2）总烃相对产气速率：每个月总烃含量增加的百分数的平均值。
3油色谱分析的故障以及在变压器故障识别中的应用
3.1油色谱分析的故障
（1）过热性故障
过热故障的产气由两个方面引起，一是热点涉及固体绝缘的过热性故障；二是热点不涉及固体绝缘的裸金属过热性故障，即为固体绝缘过热和裸金属过热。裸金属过热与固体绝缘过热的区别是以CO和CO2的含量为准，裸金属过热时CO和CO2的含量较低，固体绝缘过热时CO和CO2含量较高。
（2）放电性故障
放电故障是设备内部产生电效应（即放电）导致设备绝缘性能恶化。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3种。1）电弧放电产生气体为乙炔和氢气，其次是甲烷和乙烯。这种故障在设备中存在时间较短，预兆不明显，一般色谱法较难预测。2）火花放电是一种间歇性放电故障。常见于套管引线对电位未固定的套管导电管，均压圈的放电；引线局部接触不良或铁芯接地片接触不良而引起的放电；分接开关拨叉或金属螺丝电位悬浮而引起的放电等。产生气体主要为乙炔和氢气，其次是甲烷和乙烯，由于故障能量较低，一般总烃含量不高。3）局部放电主要发生在互感器和套管上。由于设备受潮，制造工艺差或维护不当，都会造成局部放电。产生气体主要是氢气，其次是甲烷。当放电能量较高时，也会产生少量的乙炔气体。
3.2分析用实验数据概述
油色谱分析用的实验数据，包括特征气体的含量注意值、产气速率。变压器及电抗器设备的气体组分，包括氢气、乙炔、总炔，投运前的特征气体含量注意值分别为30、0、20；在220kV条件下运行的含量注意值分别为150、5、150；在330kV条件下运行的含量注意值分别为150、1、150。套管设备的气体组分，包括氢气、乙炔、总炔、甲烷；投运前的特征气体含量注意值分别为150、0、150，甲烷不考核；在220kV以下条件下运行的含量注意值分别为500、2、100，总炔气体不考核；在330kV以及上条件下运行的含量注意值分别为500、1、100，总炔气体不考核。特征气体产气速率，也包括绝对产气速率，以及相对产气速率；其中绝对产气速率，按照指定方式进行计算，即两次取样的气体含量的差值，与两次取样的时间间隔的比值；乘上设备的总油量比上油密度的值。而相对产气速率计算方式为，两次取样的气体含量差值比上单次的取样气体含量，乘上一与两次取样的时间间隔的比值，在乘上百分比。
结语
几年来我们通过与电力部门的合作，在变压器运行中，对正常的和有故障的设备开展了油色谱分析，工作中充分发挥和总结运用《导则》，为故障分析和处理提供了依据，从而保证了变压器运行的安全可靠性和检修的准确有效性。实践证明，油色谱分析方法是行之有效的，但是需要做到对《导则》规定内容深入了解和准确掌握，这样才能发挥油色谱分析方法在发现隐患和正确诊断中的重要作用。
参考文献：
[1]张奇.天津滨海地区变压器油色谱检测技术与应用分析[D].天津大学，2015.
[2]张勇.基于油中溶解气体分析的变压器在线监测与故障诊断[D].华北电力大学，2015.
[3]赵颖.油色谱分析在变压器故障诊断中的应用[J].甘肃科技，2016（05）：71-72+64.
[4]张媛，喻广晴，连鸿松.油色谱分析技术在变压器故障分析诊断中的应用[J].能源研究与管理，2017（01）：61-64.