1 概述
正常情况下，油浸式电力变压器中的绝缘油及有机固体绝缘材料，在热和电的作用下，会逐渐老化和分解，产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物。当变压器内部发生潜伏性故障时，会加快这些气体的产气速度，并经对流、扩散不断溶解在油中，故障气体的组成和含量与故障的类型、严重程度有密切的关系。变压器油中溶解气体色谱分析法就是利用色谱法中的分配定律，测定出变压器油中溶解气体的浓度。根据分析结果和部颁《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（以下简称部颁《导则》），可诊断出变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障。因此变压器油中溶解气体的色谱分析法，能尽早地发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障，是监督与保障设备安全运行的一个重要手段。
2 色谱分析诊断故障的常用方法
2.1 油中溶解气体含量与注意值比较进行判断：
变压器油中溶解气体分析对象包括：氢（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）共7个组分，总烃（C1+C2）为甲烷、乙烷、乙烯和乙炔四种气体总和。将色谱分析测出的特征气体浓度与部颁《导则》规定的特征气体注意值（见表1）相比较，可对变压器等设备有无故障作出初步判断。
表1：变压器油中溶解气体含量的注意值 单位：μL/L
名称 C1+C2 C2H2 H2
含量 150 5 150
2.2 根据故障点的产气速率判断：
产气速率为单位时间内某种气体组分的增长量，它包括绝对产气速率和相对产气速率两种，部颁《导则》规定产气速率注意值见表2。
有的设备因某些原因使气体含量基值较高，超过表1注意值，但增长速率低，不能断定为故障；有的设备虽低于注意值，而含量增长迅速，也应引起注意。因此，考查产气速率对反映故障的存在、严重程度及其发展趋势有更加直接和明显的作用，可以进一步确定故障的有无及性质。在考查产气速率时，还应调查设备的有关情况，如是否为新设备，设备近期是否经过大、小修等，以便可靠地判断实际的产气速率。
表2：总烃产气速率的注意值
名称型式 开放式 隔膜式
绝对产气速率，mL/h 0.25 0.5
相对产气速率，%/月 10
2.3 特征气体法判断：
当判断变压器内部可能存在潜伏性故障时，故障下产气的特征是诊断故障性质的又一个依据，可据此初步判断故障的性质。变压器等设备涉及产气的内部故障一般可分为两类：过热和放电。过热按温度高低分为低温、中温和高温过热三种，此类故障的特征气体主要是CH4与C2H4，一般二者之和常占总烃的80%以上，并随着故障点温度的升高，CH4、C2H4和H2的比例依次增大；放电又可分为局部放电、火花放电和高能量放电三种类型，此类故障的特征气体主要是C2H2和H2，其次是C2H4和CH4；另外，变压器内部进水受潮也是一种内部潜伏性故障，它的特征是H2含量单纯较高。
2.4 三比值法判断：
只有根据各特征气体含量的注意值或产气速率注意值判断可能存在故障时，才能用三比值法判断其故障的类型。部颁《导则》采用国际电工委员会提出的特征气体比值的三比值法作为判断变压器等充油电气设备故障类型的主要方法。此方法中每种故障对应的一组比值都是典型的，对多种故障的联合作用，可能找不到相应的比值组合，此时应对这种不典型的比值组合进行分析，从中可以得到故障复杂性和多重性的启示。例如，三比值为121或122可以解释为放电兼过热。又如在追踪监视中，发现比值组合方式由020→122则可判断故障可能是先有过热后发展为电弧放电兼过热。
对于在运行中的变压器，通过上述方法检查出可能存在潜伏性故障时，如特征气体微有增长或稳定在一定范围时，可采用气体追踪分析的方法监控设备；如特征气体增长很快或含量达到一定值时，说明故障发展迅速，必须立即停止运行，对变压器进行处理。
3 色谱分析诊断故障的应用实例
万安水电厂二号主变是一台220kV，容量为240000kVA的隔膜式无载调压变压器，自91年10月16日投入运行后，一直按规程定期做色谱检测分析。在97年6月的色谱分析中，总烃值突然升高，其故障前后的试验结果如表3所示：
表3：二号主变油样色谱试验数据 单位：μL/L
3.1 有无故障的判定
根据2.1条和97年6月11日色谱分析数据，可以看出：二号主变油样的总烃（C1+C2）含量不仅超出表1所规定的注意值150μL/L，而且与上次试验数据相比，CH4和C2H4均有较多增长，总烃含量增长明显，其相对产气速率为：
rr--相对产气速率，%/月； Ci2--第二次取样测得油中气体组分μL/L；
Ci1--第一次取样测得油中气体组分μL/L；Δt--二次取样分析时间间隔的实际运行时间（月）；
根据2.2条，总烃的相对产气速率已大大超过注意值。经调查，该主变自投产后，运行状况良好，近时间内无检修，其产气速率值是可靠的。因此初步判定该主变可能存在故障。
3.2 故障类型的判定
从97年6月11日的色谱分析数据可看出，二号主变油中溶解气体主要为CH4与C2H4，占总烃的80.7%，根据2.3条，可初步断定该主变可能存在过热性故障。该数据用部颁《导则》推荐的判断故障性质的三比值法（编码规则见表3）进行计算：
其三比值为022，表明主变内部可能存在着高于700℃高温范围的热故障。此类故障的典型例子有：由于磁通集中引起铁芯局部过热。热点温度依下述情况为序而增加：铁芯短路，由于涡流引起的铜过热，接头或接触不良（形成焦碳），铁芯和外壳的环流。
表3：三比值法的编码规则
3.3 故障发展趋势
从其后一个月（97.7.11）的跟踪色谱试验数据来看，各气体含量在一定范围内有较小的波动，总烃含量微有升高，其相对产气速率为4.9%/月，据此可判断故障发展不迅速。
r总烃= 100% = 4.9%/月
3.4 提出对策
根据以上分析提出相应对策：
1、继续坚持对该主变的色谱跟踪检测，随时注意各组分的变化情况；
2、结合电气试验，对故障的部位、原因、绝缘或部件的损坏程度等做出准确的判断，从而制定出故障的处理措施；
3、结合大、小修对主变进行彻底的全面检查，重点检查铁芯接头等，尽可能消除隐患。
3.5 处理结果
97年11月18日，万安水电厂停二号主变做电气试验，发现有一铁芯接地，绝缘为零，是属于700℃以上的局部热故障。高压组检修处理后，消除了故障，避免了故障的蔓延，现该主变运行良好。
4 色谱分析判断故障的不足之处
从以上分析可知，油中溶解气体色谱分析法对变压器内部早期故障的诊断是灵敏的，能尽早发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障。但由于这一方法的技术特点，使它在故障的诊断上也有不足之处，例如对故障的准确部位无法确定；对涉及具有同一气体特征的不同故障类型(如局部放电与进水受潮)的故障易于误判。因此，在判断故障时，必须结合电气试验、油质分析以及设备运行、检修等情况进行综合分析，对故障的部位、原因，绝缘或部件的损坏程度等作出准确的判断，从而制定出适当的处理方法。
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