幾起變壓器油色譜異常的分析

電力變壓器是電力系統中最關鍵的設備之一，它承擔着電壓變換，電能分配和傳輸，並提供電力服務。因此，變壓器的正常運行是對電力系統安全、可靠、優質、經濟運行的重要保證，必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發生。但由於變壓器長期運行，故障和事故總不可完全避免，且引發故障和事故又出於眾多方面的原因。如外力的破壞和影響，不可抗拒的自然災害，安裝、檢修、維護中存在的問題和製造過程中遺留的設備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長期運行後造成的絕緣老化、材質劣化及預期壽命的影響，已成為發生故障的主要因素。在變壓器故障診斷中，通過變壓器油色譜分析這種化學檢測方法，對於及早發現變壓器內部存在的潛伏性故障及其發展程度非常有效，而油中氣體各種組分含量的多少與故障的性質及程度直接有關。

有關變壓器油紙絕緣材料與熱分解氣體的關係油浸電力變壓器主要的絕緣材料是絕緣油及固體絕緣材料絕緣紙、紙板和木塊等，在正常情況下，油浸電力變壓器內的油/紙絕緣材料，在熱和電的作用下，會逐漸老化、變質，並分解出少量的氣體（主要包括H2、甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2）等。當變壓器內部發生過熱性故障、放電性故障或內部絕緣受潮時，這些氣體的含量會迅速增加，有關油浸電力變壓器油紙絕緣材料與熱分解氣體的關係可以歸納如下：（1）絕緣油在300～800℃時，熱分解產生的氣體主要是低分子烷烴（甲烷、乙烷）和低分子烯烴（乙烯、丙烯），也含有氫氣。（2）絕緣油暴露於電弧之中時，分解氣體大部分是氫氣和乙炔，並有一定量的甲烷、乙烯。（3）局部放電時，絕緣油分解的氣體主要是氫氣和少量甲烷，除此之外，還有較多的乙炔。（4）絕緣紙在120～150℃長期加熱時，產生一氧化碳和二氧化碳，且後者是最主要成份。（5）絕緣紙在200～800℃下熱分解時，除產生碳的氧化物之外，還含有氫烴類氣體，CO/CO2比值越高，説明熱點温度越高。 變壓器內部故障類型與油中氣體含量的關係變壓器的內部故障，就其故障現象來看，主要有熱性故障和電性故障。 1 熱性故障熱性故障是由於有效熱應力所造成的絕緣加速劣化，具有中等水平的能量密度。如果熱應力只引起熱源處絕緣油分解時，所產生的特徵氣體主要是甲烷和乙烯，二者之和一般佔總烴的80%以上。而且隨着故障點的温度升高，乙烯所佔的比例將增加。通常熱性故障是不產生乙炔的，一般低於500℃的過熱時，C2H2的含量不會超過總烴的2%，而嚴重過熱時，C2H2的最大含量也不超過烴總量的6%。當過熱涉及固體絕緣材料時，除產生上述氣體之外，還產生大量的一氧化碳和二氧化碳。 2 電性故障電性故障是在高電應力作用下所造成的絕緣劣化，變壓器內部電弧放電其故障特徵氣體主要是乙炔和氫氣，其次是大量的乙烯和甲烷，乙炔一般佔烴總量的20～70%，氫佔氫烴總量的30～90%，並且在絕大多數情況下，乙烯含量高於甲烷。火花放電其特徵氣體也是以乙炔和氫氣為主，但因故障能量較小，一般烴總量不高，油中溶解的乙炔在烴總量中所佔比例可達25～90%，乙烯含量約佔烴總量的20%以下，氫氣亦佔氫烴總量的30%以上。局部放電產生的氣體，主要依放電能量密度的不同而不同，一般烴總量不高，其主要成分是氫氣，其次是甲烷，通常氫氣佔氫烴總量的90%以上，甲烷與烴總量之比大於90%，當放電能量密度增高時也可以出現乙炔，但乙炔在烴總量中所佔的比例一般不超過2%。 3 受潮當變壓器內部進水受潮時，油中水份和含濕雜質易形成“小橋”或者絕緣中含有氣隙均能引起局部放電，而產生氫氣，還因為水分在電場作用下的電解作用和水與鐵的化學反應，也可產生大量的氫氣，電力變壓器不同的故障類型產生的主要和次要氣體組分如表1所示。