1 引言
变压器在电力系统中起到变换电压等级的作用,升压变压器可以将电能从发电厂出口电压升高到输电网的电压等级,降压变压器可以将电能从高电压等级逐级降到低压供负荷使用。变压器的正常运行对于保障电网安全稳定运行、对用户持续可靠的供电至关重要。因此研究变压器的在线监测是一项重要的工作,及时发现变压器的异常状态并进行故障诊断,在减少人力、财力的消耗的同时,又有效保障了变压器的安全可靠运行。
油色谱分析是变压器故障诊断中普遍应用的方法,几乎现场的变压器试验都要有油色谱分析,目前关于油色谱分析的研究也取得了一些成果,通过产生出来的故障气体之间的比值可以初步判断变压器的故障类型。变压器内的材料老化时,二氧化碳与一氧化碳的比值大于7;当绝缘被破坏时,二氧化碳与一氧化碳的比值小于3。但如果想进一步了解变压器的具体故障原因,则需要对产生的气体进行更深入的分析,目前应用最广泛的方法是三比值法,通过三组故障气体比值进而判断具体故障原因。
本文将基于三比值法对变压器油色谱进行分析,深入研究变压器故障诊断。
2 变压器油产气原理
变压器油中气体产生原理如图1所示,变压器油是指用于变压器、电抗器、互感器、套管、油断路器等输变电设备的矿物型绝缘油,主要有环烷烃(50%以上)、烷烃(10%~40%)、芳香烃(5%~15%)等。变压器正常运行时,绝缘油中可能会含有氮气、氧气、二氧化碳和一氧化碳气体,当变压器出现异常状态,变压器油中会产生甲烷、乙炔、乙烷、氢气等气体。虽然这些气体不一定能对变压器产生破坏,但这些气体的出现反映出了变压器的油或者绝缘材料已经出现异常,可以通过这些故障气体来对变压器进行进一步诊断。
中低温过热是油温在700℃以下,变压器内部发生的故障类型。这种情况下CH4和C2H6含量较多,C2H4的含量较少随着油温升高达到700℃以上,变压器故障为高温过热,C2H4的含量会明显增加,这时反映变压器故障的主要特征气体是CH4和C2H4,次要特征气体为H2和C2H6。此外,当局部温度超过300℃时,绝缘材料就会开始发生化学反应,生成一氧化碳、二氧化碳等气体。绝缘材料的裂变除了产生故障气体以外,还会产生焦炭。
3 变压器油取样和脱气过程
从充油的电气设备中取油样时,需使用干净且密封良好的玻璃注射器,变压器、互感器、套管等设备一般在设备底部的取样阀门取油样,所取样品应能代表油箱本体油。
取样时需要注意当发生突发性严重故障时,应在设备不同取样部位取样。取样时应排除取样管路中及取样阀门中的空气和“死油”,即没有循环流动的油。取样应在密封状态进行,确保油样不与空气接触。对于可能产生负压的密封设备,不应在负压状态下取样,以防因负压导致气体进入。为避免气体逸散,所需样品需要避光保存,运输过程中避免剧烈振荡和气压变化的影响,所取样品要尽快分析,油样保存不得超过四天。
脱气方法如图2所示,其中机械真空法是一种不完全脱气的方法,气体在油中的溶解度越大,其脱出率越低,在恢复常压的过程中,气体会有不同程度的回溶,在油中溶解度越大的气体,回溶会越多。在实际操作过程中,同一装置采用真空度不同或使用不同的脱气装置,会导致分析结果的差异。因此,使用该方法脱气前,需对其脱气率进行校验。
4 基于三比值法的油色谱分析
三比值法的流程如图3所示,三比值法的故障气体比值主要是“乙炔/乙烯”、“甲烷/氢气”、“乙烯/乙烷”,气体比值的观测量减小可以在不影响判断准确率的基础上减少判断过程的输入量,提高诊断速度。三比值法的编码如表1所示。
可以看出,采用三比值法可以有效诊断出变压器的故障。
5 结论
本文基于三比值法分析了变压器油色谱,通过本文分析可知,变压器发生故障时,通过油色谱可以诊断出变压器的故障类型。