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1、变压器故障分析中气相色谱技术的运用变压器一旦出现故障，将对生产产生停电面大、周期长的严重影响。及时了解油浸变压内部运行情况并发现故障苗头，对保证变压影*,可靠、上等运行有十分重要的意义，对于油浸式变压器，线医和铁蕊全部漫没在变压露油中，无法通过肉眼及直接丈量来判定变压器的障隐患，必须采用一定的技术方法来了解变压器的运行状况。气相色谱法的原理色谱法又叫层析法，它是一种物理分离技术，它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的叫做固定相，另一相则是推动混合物流过此固定相的流体，叫做活动相。当活动相中所含的混合物经过固定相时，就会与固定相发生相互作用。由于各组分在性质与结构上的不
2、同，相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后秩序从固定相中流出，这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术，称为色谱分离技术或色谱法。当用液体作为活动相时，称为液相色谱，当用气体作为活动相时，称为气相色谱。色谱法具有：（1）分离效能高、（2）分析速度快、（3）样品用量少、（4）灵敏度高、（5）道用范广等很多化学分析法无可与之相比的优点。气相色谱法的一般流程主要包括三部分:载气系统、色谱柱和检测器。具体流程见下图：当载气携带着不同物质的混合样品通过色谱柱时，气相中的物质一部分就要溶解或吸附到固定相内，随着固定相中物质分子的增加
3、，从固定相挥发到气相中的试样物质分子也逐新增加，也就是说，试样中各物质分子在两相中进行分配，后达到平衡。这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程，称分配过程。分配达到平衡时，物质在两相中的浓度比称分配系数，也叫平衡第数，以K表示，K=物质在固定相中的浓度/物质在活动相中的浓度，在恒定的温度下，分配系数K是个常数。由此可见，气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样的各组分就在两相中经反复多次地分配，使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果，从而将各组分分离开来，然后再进进检测器对各组分进行鉴定。SP-3430气相色谱分析仪充分利用这一原理
4、，能够快速、高效、正确地分析出变压器油中气体的组分及其含量，根据这些气体的组分类型及其含量，我们就可以正确地分析、判定变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位。变压器的故障产生的气体及故障类型变压器尽缘材料产生的气体组分油和固体尽缘材料在电或热的作用下分解产生的各种气体中，对判定故障有价值的气体有里烷、乙、乙，乙快、气、一氧化碳、二氧化碳。正常运行的老化过程产生的气体主要是一氧化碳和二氧化碳。在油纸尽缘存在局部放电时，油裂解产生的气体主要是氢和甲烷。在故障温度高于正第运行温度未几时，产生的气体主要是甲烷。随着故障温度的升高，乙烯和乙烷逐渐成为主要特征。在温度高于100o时，例在电道温度
5、（3000。C以上）的作用下，油裂解产生和气体中含有较多的Z块。假如故障涉及到固体尽缘材料时，会产生较多的一氧化碳和二氧化碳尽缘油和尽缘材料在不同温度和能量作用下主要产生的气体组分，回纳如下:1）在140以下时有蒸发汽化和较缓慢的氧化。2）尽缘油在140到500。C时油分解主要产生烷类气体，其中主要是甲烷和乙烷，随温度的升高（500。C以上）油分解急剧地增加，其中惴经和氢增加较快，乙烯尤为明显,而温度（约800。C左右更高时，还会产生乙快气体.3）油中存在电弧时（温度超过100O%C,使油裂解的气体大部分是乙快和氢气，并有一定的用烷和乙烯等.4）设备在运行中，由于负荷变化所引起的热胀和冷缩，用
6、泵循环油所引起的满流，以及铁芯的磁常伸缩效应所引起的机械振动等，都会导致开成空穴和油开释溶解气体。假如产生的气泡集在设备尽爆结构的高电压应力区域内，在较高电场下会引起气放电（一般称为局部放电），而放电本身又进一步引起油的分解和四周的固体尽缘材料的分解,而产生气体，这些气体在电应力作用下会更有利于放电产生气体，这种放电使油分解产生的气体主要是氢和少量甲烷气体。5）固体尽缘材料，在较低温度（140以下）长期加热时，将逐渐地老化变质产生气体，其中主要是一氧化碳和二氧化碳，且后者是主要成分。6）国体尽缘材料在高于200作用下，除产生碳的氧化物之外，还分解有氢、经类气体，温度不同，一氧化碳和二氧化碳的比
7、值有所不同，这一比值在低温时小而高温时大。7铁钢等金厘材料起懂化作用，水与铁反应产生氢气。此外，奥氏不锈钢材能殖躲氢，与尽绿油接触开释出来溶解于油中。有时设备内并不存在故懂，而由于其他原因，在油中也会出现上述气体，要留意这些可能El起误判定的气体来源，例如：有载调压变压器中切换开关油室的油向变压器本体渗漏或某种范围开关动作时悬浮电位放电的影响:设备曾经有过故，而故煌排除后尽缘油末经彻底脱气，部分残余气体仍留在油中没备油箱曾带油补焊:原注进的油就含有某几种气体等。还应留意油冷却系统附厘设备（如潜油泵，油流继电器等）的故产生的气体也会进进到变压器本体的油中。运行中设备内部油中气体含量超过下表所列数
8、值时，应引起留意。仅仅根据分析结果的尽对值是很准对故渔的严重性作出正确判定的，必须考察故道的发展趋势，也就是故点（假如存在的话）的产气速率，产气速率是与故障消耗能量大小、故障部位、故障点的温度等情况直接有关的。如总燃的相对产气速率大于10%时应引起留意。对一氧化碳和二氧化碳的判定当故涉及到固体尽绿时会引起一氧化碳和二氧化碳含量的明显增长，但根据现有统计资料，固体尽绿的正常老化过程与故障情况下劣化分解，表现在油中一氧化碳的含量上，一般情况下没有严格的界限，二氧化碳含量的规律更不明显。因此，在考察这两种气体含量时更应结合具体变压器的结构特点（如油保护方式）、运行温度、负荷情况、运行历史等情况加以综
9、合分析。对开放式变压路一氧化碳含量一般在300PPnI以下。如总怪合量超出正常范围，而一氧化碳含量超过300ppm,应考虑有涉及到固体尽缘过热.的可能性如一氧化碳含量固然超过300PPnb但总经合量在正常范围，一般可以为是正常的对某些有双饼式线圈带附加外包尽缘的变压器，当氧化碳含量超过300PPnI时，即使总炫含量正常，也可能有国体尽缘过热故障.对贮油柜中带有胶裹或隔膜的变压器，油中一氧化碳含量一般均高于开放式变压器。突发性尽缘击穿事故时，油中溶解气体中的一氧化碳、二氧化碳含量不一定高，应结合气体继电器中的气体分析作判定3变压器等充油设备内部发生故的部位了解变压器内部可能发生的故障类型，对气相
10、色谱分析结果定论时有很大的帮助，变压器等充油设备内部发生故的部位主要回纳为：1）过热道发生的部位;过热性故障在变压器内常发生的部位主要为:载流导线和接头引起的过热故障,如分接开关消息触头接触然、引线接头虚准、线圈股间短路、引线过长或包扎尽得损伤引起导体间相接产生环流发热，超负荷运行发热、线医尽缘膨胀、油道堵塞而引起的散热”*等。另一种是磁路故，如铁芯多点接地、铁芯片间短路、铁芯与穿芯钉短路、漏磁引起的油箱、夹件、压环等局部过热。2）过热性故占少油设备（互感器和电容套）故比例较少，发生的部位主要为：电流互感器的一次引线紧固螺母松动，分流比抽头紧固螺母松动等：电容套管的穿缆线鼻与引线接头焊接*,导
11、管与将军帽等连接摞母配合不当等。3）放电故发生的部位0高能量放电（电那放电）在变压器、套管、互感器内均有发生，引起电聊放电故原因通常是线园回层间尽缘击穿,过电压引起内部闪络，引线断裂起的闪弧，分接开关飞加和电容屏击穿等，这种故障气体产生剧烈、产气量大，故障气体往往来不及溶解于油而聚集到气体继电器引起瓦斯动作。4）低能量放电一般是火花放电，是一种间款性的放电故障，在变压器、互感器、套管中均有发生，不同电位的导体与导体、尽爆体与尽爆体之间以及不固定电位的悬浮体，在电场极不均匀或暗变以及感应电位下，都可能引起火花放电。5）局部放电是指油和固体尽缘中的气泡和*,因耐压强度低，电场集中发生的局部放电。这
12、种放电不断蔓延与发展，会引起尽绿的损伤（碳化演迹或夸孔）。如电流互感器和电容套管的电容芯绕包工艺或真空干爆工艺”*等，都会造成局部放电。一诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障在诊断变压器等充油设备内部的潜伏性故障时，应综合考虑以下三个方面的因素，做到正确判定变压器的故渔类型及故渔的大致部位：1故障下产气的累计性充油电气设备的潜伏性故障所产生的可燃性气体大部分会溶解于油。随着故障的持续，这些气体在油中不断积累，直至饱和其至析出气泡。因此，油中故障气体的含量及其累计程度是诊断故障的存在与发展情况的一个依据。2故障下产气的速率正常情况下充油电气设备在热和电场的作用下也会老化分解出少量的可燃性气体，但
13、产气速率很缓慢。当设备内部存在故障时，就会加快这些气体的产气速率。因此，故障气体的产气速率，也是诊断故障的存在与发展程度的另一个依据。3故障下产气的特征性变压器内部在不同故障下产生的气体有不同的特征，例如局部放电时总会有氢，较高温度的过热时总会有乙烯,而电肌放电时也总会有乙焕。因此，故障下产气的特征性是诊断故障性质的又一个依据4气相色谱分析运用举例例1:利用色增分析结果判定出变压器存在放电现条2001年底，新厂区3#锅炉静电除尘器（#电场的电压升不起来，正常时应该升到47万伏，因该电场电压升不到要求范围内，除尘效率严重下降。对于这个故道的处理过程是:我们首先检查了按制电路，在排除控制电路的因表
14、后，然后把留章力集中到静电除尘器的升压变压器上。因该变压器内部装有高压娃堆、均压电阻、电容和取样电路，且均浸没在变压油中，结构特殊，属于特种变玉器，不答应随便拆开。为了正确判定改度，首先对其进行了常规检测，包括变压器直流电阻、尽很电阻等项目的检测，没有发现题目，于是采用气相色谱分析法作进一步测试诊断我们取该台变压器油样后拿到色谱分析仪上进行分析，测出样品中溶气体的成分和含量如下表所示:从表中数据可以看出，该变压器油中本的总经含量大大超过留意值150ppm,且经类气体为主要成分，乙快含量远远超过5ppm的留意值，但因复气和甲烧的含量很少，造成经类气体含量较高的原因，可能是由于变压器存在长时间的间
15、隙性放电道成的。根据前述理论，判定该变压器存在严重的金尾性电那放电现象，应立即停运并建议吊芯检查事后修理职员对该升压变压器进行吊芯检验，箱盖上孔盖一打开,就有刺鼻的气味溢出，变压器芯子吊出箱体，整个芯子急涂上一层墨，那是由于电弧放电裂解变压油产生的积碳附着在铁芯绕组和硅堆上形成的。用变压油反复冲洗，经细心检查，发现该变压器确实存在电那放电现象，故障部位位于高压线圈引出线与高压套管摞杆的连接处。由于该变压器结构的特殊性，厂家为了装配方便，把高压引出线通过一个马够型卡子与穿墙螺杆作接触性连接，由于长时间的运行，这个连接点出现了松动，造成接触*,使变压器长时间处于电聊放电的情况下运行，马载型铜卡子已
16、烧蚀了一个不规则的洞。题目找到后我们对其进行了改进，取消了马鞍型卡子，直接将高压线用螺检紧压在穿墙螺杆上，在进行了一系列检验后，将芯子重新装回箱体并更换了变压器油，完毕通电试运行，一切正常。例2:利用色谱分析结果判定出变压器存在过热现象今年2月份，根据运行职员反映，新厂区4#涡炉静电除尘器2#电场无法运行，只要一开机，高压控制柜的电源开关就跳闻，微机显示为过活动作。接到反映后，我们配合运行职员一起检查了所有控制线路、主电源回路、电场内部的所有控制电路，均没有发现题目，后断定题目只可能出在变压器本身，于是拆除变压器的高低压引线，对变压器进行常规的检测，尽缘电阳正常，直流电阻也正常，也没有发现题目
17、。再进行“步变压油色谱分析来帮助检查。现回变乐器油样后，我们将其放到气相色谱分析仪上进行分析，结果令我们大吃一惊，其分析结果如下表所示:从表中数据可以看出，因其7快含量为OPPnb基本上可以断定变压器不存在放电现象，但烷类及烧类气体含量非常高，总经含量是留意值150PPnI的100多倍，且乙烷及乙烯是总炫的主要成分，二氧化碳含量也非常高。由此可以判定该变压器存在严重的过热故障，过热使固体尽缘材料分解出上述气体，故障点温度大概为：322Log(6887o477014o92)+525=520C,故建议该电场不得投运并立即用芯检查，以免使故障扩大。接下来对该变压器进行了吊芯检查，整个铁芯用出来后，立
18、即可看到有一个线显的尽缘材料已有被烧焦的痕迹，故障为低压线园回间短路，因存在短路故造成很大的短路电流，故该电场一开机电源开关就跳闻。回想用芯前的检测，未发现题目的原因在于，低压线圈固然是回间短路，但未造成低压线医对高压线匿、及低压线医对地短路，故尽缘电阻测试正常。按理说线医回短路变压器的直流电阻应降低，但是由于该我喜本身的电归值就很小，部分发上日短路后真直流电变化人明显，故造成直流电阳也正常的景，所以测变压群直流电归时没有发现期四。因该变压器线圈绕组尽缘烧坏，维修较困难且修理用度比较贵，已不值得再修理，故”后决定更换新的变压器。六总结在用气相色谱连续检测充油电气设备内部故障的过程中，假如发现油
19、中各种气体的含量中有一项达到了留意值范围时，应开始引起置意，采取措施进行其它电气试验等，以便对设备有无异常作出分析和判定。当试验结果中一项超过留意值上限时，应采取措施，尽早停止运行，并用其它试验进行验证，进一步找出故障点，防止重大事故的发生用气相色谱法对充油电气设备油中气体含量的分析，能判明设备存在的故障，更重要的是分析判定故障的性质，是过热性故渔还是放电性故障及故障的大概部位是在裸金属部分还是参与了固体尽缘，从而进一步估计故障的危害性，以便及时采取措施，作出正确处理，防患于未然。综上所述，利用气相色谱分析变压器油的气体组分及其含量，能够使技术职员充分把握并监测变压器的运行状态，能够提前知道变压器内部是否存在潜伏性故障，即在变压器运行中（不停电、不吊芯的情况下），通过第规检测及色谱分析就可以把变压内有无故障、有什么样性质的故障诊断出来，这对于变压器的维护保养起到关键性的指导作用，从而更好地保证电力系统的安全运行。
