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上海徐吉電氣有限公司
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色譜分析法在電力變壓器故障中的應(yīng)用（1）
2012-6-27 閱讀(1951)
摘要：氣相色譜法已是一項(xiàng)較成熟的分析技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、化工、軍事以及電力行業(yè)。在電力行業(yè)實(shí)際應(yīng)用過程中，為了更準(zhǔn)確的診斷變壓器的內(nèi)部故障，色譜分析應(yīng)根據(jù)設(shè)備歷史運(yùn)行狀況、特征氣體的含量等采用不同的分析模型確定設(shè)備運(yùn)行是否屬于正常或存在潛伏性故障以及故障類別。
1.氣相色譜法的原理
色譜法又叫層析法，它是一種物理分離技術(shù)。它的分離原理是使混合物中各組分在兩相間進(jìn)行分配，其中一相是不動的，叫做固定相，另一相則是推動混合物流過此固定相的流體，叫做流動相。氣相色譜的分離原理是利用不同物質(zhì)在兩相間具有不同的分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對運(yùn)動時，試樣的各組分就在兩相中經(jīng)反復(fù)多次地分配，使得原來分配系數(shù)只有微小差別的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而將各組分分離開來。然后再進(jìn)入檢測器對各組分進(jìn)行鑒定。這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術(shù)，稱為色譜分離技術(shù)或色譜法。
絕緣油是由H2、CO、CO2、烴類等成分組成的混合物。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，分解氣體溶解于變壓器油中，當(dāng)故障嚴(yán)重時，也可能聚集成游離氣體。不同的故障會產(chǎn)生不同的特征氣體，這些故障氣體的組成和含量與故障類型及嚴(yán)重程度有密切關(guān)系。分析溶解于油中的氣體，就能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，并可隨時監(jiān)視故障的發(fā)展?fàn)顩r。
2.變壓器故障診斷
電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性、放電性及絕緣受潮等類型。
過熱性故障是由于設(shè)備的絕緣性能惡化、油等絕緣材料裂化分解。又分為裸金屬過熱和固體絕緣過熱兩類。裸金屬過熱與固體絕緣過熱的區(qū)別是以CO和CO2的含量為準(zhǔn)，前者含量較低，后者含量較高。
放電性故障是設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電效應(yīng)（即放電）導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性能惡化。又可按產(chǎn)生電效應(yīng)的強(qiáng)弱分為高能放電（電弧放電）、低能量放電（火花放電）和局部放電三種。其特征氣體為乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯氣體。
變壓器絕緣受潮時，其特征氣體H2含量較高，而其它氣體成分增加不明顯。
3. 色譜分析診斷的基本程序
首先看特征氣體的含量。應(yīng)先根據(jù)特征氣體含量作大致判斷，主要的對應(yīng)關(guān)系是：①若有乙炔，應(yīng)懷疑電弧或火花放電;②氫氣很大，應(yīng)懷疑有進(jìn)水受潮的可能;③總烴中烷烴和烯烴過量而炔烴很小或無，則是過熱的特征。
計算產(chǎn)生速率，評估故障發(fā)展的快慢。
通過分析的氣體組分含量，進(jìn)行三比值計算，確定故障類別。
核對設(shè)備的運(yùn)行歷史，并且通過其它試驗(yàn)進(jìn)行綜合判斷。
4. 油中主要?dú)怏w含量達(dá)到注意值時故障分析方法
在判斷設(shè)備內(nèi)有*時，首先將氣體分析結(jié)果中的幾項(xiàng)主要指標(biāo)，（H2，∑CH，C2H2）與色譜分析導(dǎo)則規(guī)定的注意值進(jìn)行比較。正常變壓器油中氣，烴類氣體含量的注意值：氣體組分H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2總烴：含量（µl/L）150 60 40 70 5 150
當(dāng)任一項(xiàng)含量超過注意值時都應(yīng)引起注意。但是這些注意值不是劃分設(shè)備有*的*標(biāo)準(zhǔn)，不能拿“標(biāo)準(zhǔn)”死套。設(shè)備因氣體含量較高超過注意值，也不能斷言判定有故障，因?yàn)榭赡懿皇潜倔w故障所致，而是外來干擾引起的基數(shù)較高，這時應(yīng)與歷史數(shù)據(jù)比較，如果沒有歷史數(shù)據(jù)，則需要確定一個適當(dāng)?shù)臋z測周期進(jìn)行追蹤分析。又如氣體含量增長迅速時，雖低于注意值也應(yīng)追蹤分析。就是說：不要以為氣體含量一超過注意值就判斷為故障，甚至采取內(nèi)部檢查修理或限制負(fù)荷等措施，是不經(jīng)濟(jì)的，而zui終判斷有*，是把分析結(jié)果*值超過規(guī)定的注意值，（注意非故障性原因產(chǎn)生的故障氣體的影響，以免誤判），且產(chǎn)氣速率又超過10%的注意值時，才判斷為存在故障。
注意值不是變壓器停運(yùn)的限制，根據(jù)具體情況進(jìn)行判斷，如果不是電路（包括絕緣）問題，可以緩?fù)＿\(yùn)檢查。
若油中含有氫和烴類氣體，但不超過注意值，且氣體成份含量一直比較穩(wěn)定，沒有發(fā)展趨勢，則認(rèn)為變壓器運(yùn)行正常。
注意油中CO、CO2 含量及比值。變壓器在運(yùn)行中固體絕緣老化會產(chǎn)生CO和CO2。同時，油中CO和CO2的含量既同變壓器運(yùn)行年限有關(guān)，也與設(shè)備結(jié)構(gòu)、運(yùn)行負(fù)荷和溫度等因素有關(guān)，導(dǎo)則還不能規(guī)定統(tǒng)一的注意值。只是粗略的認(rèn)為，開放式的變壓器中，CO的含量小于300µl/L，CO2/CO比值在7左右時，屬于正常范圍;而密封變壓器中的CO2/CO比值一般低于7時也屬于正常值。
5.故障實(shí)例
大唐石泉水電廠#2變是110KV的，容量為63000KVA，該變壓器于2007年5月投入運(yùn)行，是新?lián)Q變壓器。投運(yùn)前各項(xiàng)指標(biāo)符合國標(biāo)要求，按要求投運(yùn)后3天、10天、30天取樣分析。運(yùn)行10天就發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)總烴、CO 、CO2增長迅速，再后來運(yùn)行54天直接接近注意值，其特征氣體甲烷、乙烯、乙烷為主，其次是氫氣，還有少量的乙炔。利用三比值法判斷：結(jié)論為高于700℃的過熱性故障，可能由于夾件松動或接頭焊接不良等引起的，或是絕緣材料不合格受熱受潮引起。由于水電在夏天是發(fā)電的高峰期，負(fù)荷也大為保障設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，采取降低負(fù)荷，每天取樣連續(xù)跟蹤監(jiān)測等措施。另外進(jìn)行高壓試驗(yàn)也未發(fā)現(xiàn)問題。監(jiān)測數(shù)據(jù)如下：
