變壓器油的氣相色譜分析與研究【摘要】以某公司送來兩臺運(yùn)行中變壓器的油樣，經(jīng)色譜分析，其中一臺有C2H2氣體（4.9PPm）為例，以實例分析說明：在變壓器運(yùn)行過程中，定期做油的色譜分析，能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障，以避免設(shè)備發(fā)生故障或事故損失?！娟P(guān)鍵詞】壓器油；色譜分析；氣相色譜；誤差分析色譜分析在絕緣監(jiān)督中的作用在電氣試驗中，通過氣相色譜分析絕緣油中溶解氣體，能盡早的發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，是絕緣監(jiān)督的一種重要手段。這一檢測技術(shù)可以在設(shè)備不停電的情況下進(jìn)行，而且不受外界因素的影響，可定期對運(yùn)行設(shè)備內(nèi)部絕緣狀況進(jìn)行監(jiān)測，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。變壓器大多采用油紙復(fù)合絕緣，當(dāng)內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時，油紙會因受熱分解產(chǎn)生烴類氣體。含有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔镉兄煌臒岱€(wěn)定性，絕緣油隨著故障點的溫度升高依次裂解產(chǎn)生烷烴、烯烴和炔烴。在正常情況下，充油電氣設(shè)備內(nèi)的絕緣油及有機(jī)絕緣材料，在過熱或電的作用下會逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的低分子烴類氣體和一氧化碳及二氧化碳?xì)怏w，這些氣體大部分溶解于油中。當(dāng)充油電器內(nèi)部存在潛伏性過熱和放電性故障時，就會加快這些氣體的產(chǎn)生速度，隨著故障的發(fā)展，分解出的氣體形成氣泡在油中對流、擴(kuò)散，不斷溶解在油中。故障氣體的組成及含量與故障類型和故障嚴(yán)重程度關(guān)系密切。因此，在變壓器運(yùn)行過程中，定期做油的色譜分析，能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的潛伏性故障，以避免設(shè)備發(fā)生故障或事故損失。實例1）變壓器內(nèi)部放電性故障產(chǎn)生的特征氣體主要是乙炔。正常的變壓器油中不含這種氣體，如果變壓器油中這種氣體增長很快，說明該變壓器存在嚴(yán)重的放電性故障。某公司送來兩臺運(yùn)行中變壓器的油樣，經(jīng)色譜分析，其中一臺有C2H2氣體（4.9PPm），5天后他們再次送來該臺變壓器油樣檢測，乙炔含量猛增到 12.8PPm，見表1。2）從表1可以看出，總的烴類氣體不高，惟有乙炔氣體超過注意值。氫氣含量也比較高。我們分析該變壓器內(nèi)可能存在放電性故障，要他們回去檢查，果然發(fā)現(xiàn)是分接開關(guān)撥叉電位懸浮引起放電，經(jīng)過處理，避免了事故的發(fā)生。還有一次，某電站送來升壓變壓器油樣，經(jīng)色譜分析烴類氣體含量均在注意值范圍內(nèi)，惟有氫氣含量高達(dá)345ppm，見2。我們分析該變壓器可能有進(jìn)水現(xiàn)象。經(jīng)檢查，果然發(fā)現(xiàn)該變壓器進(jìn)水受潮，經(jīng)處理，避免了絕緣擊穿事故的發(fā)生。3）變壓器油的氣相色譜分析在絕緣監(jiān)督中具有很重要的作用：第一，可檢測設(shè)備內(nèi)部故障，預(yù)報故障的發(fā)展趨勢，使實際存在的故障得到有計劃且經(jīng)濟(jì)的檢修，避免設(shè)備損壞和無計劃的停電；第二，當(dāng)確診設(shè)備內(nèi)部存在故障時，要根據(jù)故障的危害性、設(shè)備的重要性、負(fù)荷要求和安全及經(jīng)濟(jì)來制定合理的故障處理措施， 確保設(shè)備不發(fā)生損壞； 第三，對于已發(fā)生事故的設(shè)備，有助于了解設(shè)備事故的性質(zhì)和損壞程度，以指導(dǎo)檢修。氣相色譜分析過程氣相色譜分析是一種物理分離分析技術(shù)，分析程序是先將取樣變壓器油經(jīng)真空泵脫氣裝置將溶解在油中的氣體分離出來，用注射器定量注入色譜分析儀，在載氣的推動下流過色譜柱，混合氣體經(jīng)色譜柱分離后，通過鑒定器來檢測。被分離的各氣體組分依一定次序逐一流過鑒定器將氣體濃度變?yōu)殡娦盘?，再由記錄儀記錄下來，并依各組分的先后次序排列成一個個脈沖尖峰，形成了色譜圖，一個脈沖峰表示一種氣體組分，峰的高度或面積則反應(yīng)該氣體的濃度。色譜圖對被分析的氣體既定性又定量分析，再經(jīng)過峰高計算出各氣體組分的濃度。氣相色譜判斷故障的常用方法4.1按油中溶解特征氣體含量與注意值比較進(jìn)行初步判斷。特征氣體主要包括總烴（ C1+C2）、H2等。由于變壓器油在不同故障下產(chǎn)生的氣體有不同的特征，因此，可以根據(jù)氣相色譜檢測結(jié)果和特征氣體的注意值等對變壓器故障性質(zhì)做出初步判斷。變壓器內(nèi)部裸金屬過熱引起油裂解的特性氣體主要是甲烷、乙烯，其次是乙炔。正常的變壓器油中很少或沒有這種低烴類氣體，如果油中這類氣體含量大增，可能是屬于裸金屬過熱，如分接開關(guān)接觸不良，引線焊接不良等。變壓器內(nèi)部放電性故障的特征氣體是乙炔，正常的變壓器油中不含這種氣體，若在分析中發(fā)現(xiàn)這種氣體，應(yīng)密切監(jiān)視發(fā)展情況，若增長很快，說明變壓器內(nèi)存在放電性故障。若變壓器內(nèi)氫氣和甲烷含量高，總的烴類氣體不高，甲烷是總烴中的主要成分，有可能存在局部放電性故障。若氣體組分中乙炔和氫氣的含量較高，總的烴類氣體不高，則該變壓器內(nèi)可能存在火花放電性故障。若變壓器內(nèi)總的烴類氣體很高，氫氣含量也高，乙炔是總烴的主要成分，則有可能有電弧放電性故障。4.2根據(jù)故障點的產(chǎn)氣速率判斷。有的設(shè)備因某些原因使氣體含量超過注意值，不能斷定有無故障；而有的設(shè)備雖低于注意值，如含量增長迅速，也應(yīng)引起注意。產(chǎn)氣速率對反應(yīng)故障的存在、嚴(yán)重程度及其發(fā)展趨勢更加直接和明顯，可以進(jìn)一步確定故障的有無和性質(zhì)。產(chǎn)氣速率包括絕對產(chǎn)氣速率和相對產(chǎn)氣速率。變壓器內(nèi)的固體絕緣材料在故障引起的高溫下裂解，要產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w。變壓器在長期的正常運(yùn)行中，由于固體絕緣材料的老化，也會產(chǎn)生同樣氣體，屬正常老化現(xiàn)象， 并不是故障。是否為故障，要根據(jù)氣體的增長速率來判定。有時還應(yīng)結(jié)合電氣性能試驗、化學(xué)試驗和運(yùn)行檢修情況進(jìn)行綜合分析來判斷故障類型。4.3用三比值法進(jìn)行判斷。當(dāng)根據(jù)各組分含量的注意值或產(chǎn)氣速率判斷可能存在故障時，可用三比值法來判斷故障類型，即CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4。例如，三比值編碼為102時，故障性質(zhì)可能是高能量放電；三比值編碼是020時，可能存在低溫范圍的過熱性故障。油色譜分析的誤差分析用氣相色譜法對變壓器油中溶解氣體進(jìn)行分析，從取樣到取得分析結(jié)果過程的操作較多，因此誤差也比較大，為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在實際工作中應(yīng)特別注意以下幾個環(huán)節(jié)：1）為了避免取樣方法的誤差，采用玻璃注射器取樣時，不應(yīng)拉脫注射器芯子，以免吸人空氣；油樣在運(yùn)輸過程中要避免振蕩，容器的密封要嚴(yán)。2）為了避免脫氣過程中產(chǎn)生誤差，