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[摘要] 变压器运行中，由于受其制造质量、安装调试、运行工况等因素的影响，在变压器内部会出现过热和放电故障。变压器油色谱分析是监测油浸变压器运行一项较成熟的分析技术，通过采集变压器箱体内的少量油样，分析油中气体的组分及其含量，来判断变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位，从而保障发、供电设备的安全经济运行。
[关键词] 油浸变压器 色谱分析 总烃 乙炔
1、概述
托电3号机组主变压器为保定天威保变电气股份有限公司生产的单相单柱式结构变压器，容量为250000kVA，单相单柱式结构变压器。
油浸变压器在运行中经常受到各种故障电流、过电压的袭击和因运行中负荷的变化、绝缘受潮、油质劣化等因素的影响，在绝缘中常会造成残留缺陷。尤其是在雷电过电压和操作过电压的作用下，会使绝缘受到不同程度的损伤。因此，及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障苗头，对保证变压器安全、可靠和优质运行有十分重要的意义。
2、变压器油色谱分析原理
绝缘油是由H2、CO、CO2、烃类等成分组成的混合物。当变压器内部发生故障时，其初期会分解出各种气体，溶解于变压器油中，当故障严重时，也可能聚集成游离气体。各种气体产生的条件不同，如局部放电，通过离子反应和断裂主要生成H2，通过积累重新化合成甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等气体，重新化合时分别需要各自的温度和能量。一般说来，乙烯是在高于甲烷和乙烷的温度(大约500℃)下生成的，乙炔一般是在800℃～1200℃的温度下生成的，而且当温度降低时反应被迅速抑制，作为重新化合的产物而积累。因此，大量的乙炔是在放电电弧中产生的。在变压器油与空气起氧化反应时，伴随生成CO、CO2，并且CO和CO2能长期积累，成为数量显著的气体。这些分解出来的气体形成气泡在变压器油中经对流扩散，不断的溶解在油中。
不同的故障会产生不同的主要特征气体和次要特征气体，这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。分析溶解于油中的气体，能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障，并可随时监视故障的发展状况。因此，在预防性试验规程中对各种气体的含量有着明确而严格的要求。特别是对于乙炔，它是反映故障放电的主要指标，一旦出现，就可能是变压器内部严重故障的反应。因此对于变压器油中乙炔的含量应严格要求和追踪。对于变压器油中存在乙炔的变压器，应严格按规定进行追踪分析判断，并结合电气试验，对变压器内部运行做出正确的分析判断。当变压器油中的油气组分超标时，我们可以认为其设备内部就可能存在故障。尽早发现设备内部过热或放电性故障，及早预防保证设备的正常运行，有着重要的作用。
不同的故障会产生不同的主要特征气体和次要特征气体，这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。根据托电3号主变C相变压器色谱分析，自2010年07月27日出现了微量C2H2（浓度0.31μL/L），自2010年09月29日出现了微量H2超标（浓度164.78μL/L），说明内部存在着潜伏性故障，乙炔、总烃含量超标油质分析周期改为一周一次。除化学加强油质监督外，对变压器冷却器运行方式进行倒换，以便判定潜油泵运转中出现动静部位摩擦而引发的因素。
3、故障原因分析
（1）调压线圈分接开关接触面由于氧化接触电阻增大或切换引线接头处螺丝松动；
（2）变压器内焊接不良，或由此引发局部轻微放电；
（3）滤油机滤油前未对滤油机内部用合格变压器油进行冲洗，带内部残油滤油；
（4）潜油泵运转中出现动静部位摩擦；
（5）变压器钟罩压齿与基座密封面加工精处理不良（工艺缺陷）形成电位差产生局部低能放电等。
4、托电3号主变C相变压器色谱分析
自2010年07月27日出现了微量C2H2（浓度0.31μL/L）以及2010年09月29日出现了微量H2超标（浓度164.78μL/L），3号主变其故障前后的试验结果如表一所示。
由表一可分析出：
总烃≤150μL/L，C2H2≤1μL/L，H2≤150μL/L，tgδ（90℃）: 220kV及以下≤1%，500kV≤0.7%。可以看出：3号主变油样的总烃三个月试验数据相比有较多增长，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；
仅以后三个月的试验为依据，计算得相对产气速率为：
rr=(1673.74 - 142.55)/ 142.55×(1/3)×100%=358%/月
总烃含量升高，其相对产气速率为358%/月，据此可判断故障发展迅速。
2011年01月15日，在托电3号机组停机时，对3号主变C相进行大修。变压器吊罩检查，在变压器基座边缘发现有5公分左右的放电烧痕，说明变压器运行中此处出现了放电现象。变压器内部部件产生放电的原因很多，局部放电往往是在最高电场区域发生。比较严重的局部放电、悬浮放电、电弧放电等，属于放电性故障。悬浮放电是高电场中处于悬浮电位的金属结构件，不同电位电极间绝缘受损或缝隙的火化放电。从3号主变基座的放电烧痕现象来看，属悬浮放电。
应当注意的是：高电场中的非金属异物或非金属结构件也有可能引起电场畸变而引起局部放电。因此，在变压器制造、维护过程中应当严格控制异物存留于变压器中。
5、处理结果
变压器钟罩压齿与基座密封面加工精处理不良，重新打磨处理，为防止存在缝隙产生悬浮放电，在放电部位结合面垫上一层变压器绝缘纸，变压器外壳相应部位固定螺栓上下加装金属连接片以消除电位差。
3号机主变C相大修投运后的第四天色谱分析数据：
3号机主变C相：氢气=1.38uL/L；总烃=6.79uL/L；乙炔=0.00uL/L。
6、结束语
变压器油色谱分析是目前比较成熟的技术，能及早分析出变压器的内部潜伏性故障，在电力系统中发现和避免了许多重大设备事故，确保了电力设备的安全稳定运行，是开展电气设备状态检修先进且行之有效的检测方法。定期进行变压器油色谱分析技术，对于实现设备状态检修有着十分重要的意义。
参考文献：
[1] 电力设备预防性试验规程[M] 北京：中国电力出版社，DL/T596-1996.
[2] 变压器油中溶解气体分析和判断导则[J] 实验科学与技术，2008，6（02）141-143.
[3] 电力用油（气）实用技术问答[M] 北京：中国水利水电出版社，2007.
[4] 600MW火力发电机组培训教材－电气设备及其系统[M] 北京：中国电力出版社，2002.
[5] 电力设备交接和预防性试验规程[M] 北京：中国大唐集团公司，2005.
[6] 电力用油实用技术[M] 北京：中国水利电力出版社，1998.
作者简介：
尚进东（1963— ）男，汉族，高级工程师，现任内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司发电部电气高级主管。
[关键词] 油浸变压器 色谱分析 总烃 乙炔
1、概述
托电3号机组主变压器为保定天威保变电气股份有限公司生产的单相单柱式结构变压器，容量为250000kVA，单相单柱式结构变压器。
油浸变压器在运行中经常受到各种故障电流、过电压的袭击和因运行中负荷的变化、绝缘受潮、油质劣化等因素的影响，在绝缘中常会造成残留缺陷。尤其是在雷电过电压和操作过电压的作用下，会使绝缘受到不同程度的损伤。因此，及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障苗头，对保证变压器安全、可靠和优质运行有十分重要的意义。
2、变压器油色谱分析原理
绝缘油是由H2、CO、CO2、烃类等成分组成的混合物。当变压器内部发生故障时，其初期会分解出各种气体，溶解于变压器油中，当故障严重时，也可能聚集成游离气体。各种气体产生的条件不同，如局部放电，通过离子反应和断裂主要生成H2，通过积累重新化合成甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等气体，重新化合时分别需要各自的温度和能量。一般说来，乙烯是在高于甲烷和乙烷的温度(大约500℃)下生成的，乙炔一般是在800℃～1200℃的温度下生成的，而且当温度降低时反应被迅速抑制，作为重新化合的产物而积累。因此，大量的乙炔是在放电电弧中产生的。在变压器油与空气起氧化反应时，伴随生成CO、CO2，并且CO和CO2能长期积累，成为数量显著的气体。这些分解出来的气体形成气泡在变压器油中经对流扩散，不断的溶解在油中。
不同的故障会产生不同的主要特征气体和次要特征气体，这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。分析溶解于油中的气体，能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障，并可随时监视故障的发展状况。因此，在预防性试验规程中对各种气体的含量有着明确而严格的要求。特别是对于乙炔，它是反映故障放电的主要指标，一旦出现，就可能是变压器内部严重故障的反应。因此对于变压器油中乙炔的含量应严格要求和追踪。对于变压器油中存在乙炔的变压器，应严格按规定进行追踪分析判断，并结合电气试验，对变压器内部运行做出正确的分析判断。当变压器油中的油气组分超标时，我们可以认为其设备内部就可能存在故障。尽早发现设备内部过热或放电性故障，及早预防保证设备的正常运行，有着重要的作用。
不同的故障会产生不同的主要特征气体和次要特征气体，这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。根据托电3号主变C相变压器色谱分析，自2010年07月27日出现了微量C2H2（浓度0.31μL/L），自2010年09月29日出现了微量H2超标（浓度164.78μL/L），说明内部存在着潜伏性故障，乙炔、总烃含量超标油质分析周期改为一周一次。除化学加强油质监督外，对变压器冷却器运行方式进行倒换，以便判定潜油泵运转中出现动静部位摩擦而引发的因素。
3、故障原因分析
（1）调压线圈分接开关接触面由于氧化接触电阻增大或切换引线接头处螺丝松动；
（2）变压器内焊接不良，或由此引发局部轻微放电；
（3）滤油机滤油前未对滤油机内部用合格变压器油进行冲洗，带内部残油滤油；
（4）潜油泵运转中出现动静部位摩擦；
（5）变压器钟罩压齿与基座密封面加工精处理不良（工艺缺陷）形成电位差产生局部低能放电等。
4、托电3号主变C相变压器色谱分析
自2010年07月27日出现了微量C2H2（浓度0.31μL/L）以及2010年09月29日出现了微量H2超标（浓度164.78μL/L），3号主变其故障前后的试验结果如表一所示。
由表一可分析出：
总烃≤150μL/L，C2H2≤1μL/L，H2≤150μL/L，tgδ（90℃）: 220kV及以下≤1%，500kV≤0.7%。可以看出：3号主变油样的总烃三个月试验数据相比有较多增长，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；
仅以后三个月的试验为依据，计算得相对产气速率为：
rr=(1673.74 - 142.55)/ 142.55×(1/3)×100%=358%/月
总烃含量升高，其相对产气速率为358%/月，据此可判断故障发展迅速。
2011年01月15日，在托电3号机组停机时，对3号主变C相进行大修。变压器吊罩检查，在变压器基座边缘发现有5公分左右的放电烧痕，说明变压器运行中此处出现了放电现象。变压器内部部件产生放电的原因很多，局部放电往往是在最高电场区域发生。比较严重的局部放电、悬浮放电、电弧放电等，属于放电性故障。悬浮放电是高电场中处于悬浮电位的金属结构件，不同电位电极间绝缘受损或缝隙的火化放电。从3号主变基座的放电烧痕现象来看，属悬浮放电。
应当注意的是：高电场中的非金属异物或非金属结构件也有可能引起电场畸变而引起局部放电。因此，在变压器制造、维护过程中应当严格控制异物存留于变压器中。
5、处理结果
变压器钟罩压齿与基座密封面加工精处理不良，重新打磨处理，为防止存在缝隙产生悬浮放电，在放电部位结合面垫上一层变压器绝缘纸，变压器外壳相应部位固定螺栓上下加装金属连接片以消除电位差。
3号机主变C相大修投运后的第四天色谱分析数据：
3号机主变C相：氢气=1.38uL/L；总烃=6.79uL/L；乙炔=0.00uL/L。
6、结束语
变压器油色谱分析是目前比较成熟的技术，能及早分析出变压器的内部潜伏性故障，在电力系统中发现和避免了许多重大设备事故，确保了电力设备的安全稳定运行，是开展电气设备状态检修先进且行之有效的检测方法。定期进行变压器油色谱分析技术，对于实现设备状态检修有着十分重要的意义。
参考文献：
[1] 电力设备预防性试验规程[M] 北京：中国电力出版社，DL/T596-1996.
[2] 变压器油中溶解气体分析和判断导则[J] 实验科学与技术，2008，6（02）141-143.
[3] 电力用油（气）实用技术问答[M] 北京：中国水利水电出版社，2007.
[4] 600MW火力发电机组培训教材－电气设备及其系统[M] 北京：中国电力出版社，2002.
[5] 电力设备交接和预防性试验规程[M] 北京：中国大唐集团公司，2005.
[6] 电力用油实用技术[M] 北京：中国水利电力出版社，1998.
作者简介：
尚进东（1963— ）男，汉族，高级工程师，现任内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司发电部电气高级主管。