周志敏
一、概述
电力变压器主要采用充油式绝缘，判断变压器内部故障，通常采用绝缘特性试验，其缺点是不能在运行中连续检测，对设备内部的放电与热点等早期潜在故障很难发现变压器出现故障时，绝缘油裂解产生气体，只有当油中气体饱和后，才能从瓦斯继电器反映出来，按过去沿用的气体点燃检查法，往往不能确定故障原因，造成误判断。用色谱分析法通过对特征气体的分析可确定变压器内部是否有故障。
1．变压器油中特征气体扩散分析
特征气体在液体中的扩散，是在整台变压器油中从密度大的区域向密度小的区域转移，其扩展速度越快，说明该组特征气体浓度越高。根据这一理论，故障点的特征气体含量越高，扩展的速度越快；距离故障点越远，特征气体含量越低，扩散速度也越慢。
2．油中溶解气体的监测和诊断
充油变压器采用油浸纸绝缘。在放电和过热作用下矿物泪和绝缘纸将裂解，产生如H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、CO2等气体。分析油中溶解气体的成分和相互比例可以判断潜在故障和故障类型。采用气相色谱仪进行分析的流程为：
(1)取得油样；
(2)从油中脱出气体；
(3)脱出的气体在载气（惰性气体）推动下通过色谱仪，各组分气体由于运行速度不同而分离；
(4)测定气体的成分和浓度。
气相色谱仪属于精密分析仪器，因而油样分析需要在专门的实验室内进行。
可根据国家标准GB7252一87《变压器油中溶解气体分析和判断导则》进行故障诊断。国家标准推荐用5种气体的浓度的三个比值（C2H2/C2H2、CH4/H2、C2H4/C2H6）编码判断故障的性质。
二、油色谱分析应用
1．电弧放电故障处理
2001年2月6日在对某主变进行油色谱分析时，发现CH4、C2H6、C2H2、CO和CO2含量均有明显上升趋势，尤其CH4、C2H4含量上升幅度较大，说明变压器内部很有可能出现电弧放电故障。
(1)分析与论证
在2001年2月6日、8日与10日做了3次变压器油气相谱分析，三比值见表1。
从表中可以看出，CH4/H2与C2H4/C2H6的比值均等于2，而C2H2/C2H4的比值为0。根据GR7752一1987《变压器油中溶气体分析和判断导则》中判断故障性质的三比值法，这个比值表示变压器内部已经存在＞700℃高温的热故障。这种故障的位置很可能是在铁芯接地部位或夹件接地部位，并很有可能是一种悬浮搭接的流动物也有一种可能是由于电磁振动，使变压器上的金属连接件松动，导致接触不良，产生循环电流，引起局部温度升高乃至高温过热，使变压器油局部油分子加速化学分解直至裂变分解，形成气体。
(2)检查及处理
为进一步确定故障点的部位，把该主变停运并进行检查。用1000V兆欧表测量时，发现其铁芯对地绝缘电阻为零，万用表测量其阻值极小。
①查找铁芯多点接地故障钟罩吊开之后，再用1000V兆欧表测量铁芯绝缘电阻，其阻值仍为零由于铁芯夹件绝缘电阻良好，说明故障点就在下节油箱与铁芯之间。因为该台变压器为槽式油箱结构（图1），在现场不可能把铁芯从油箱中吊出，所以只能沿油箱长、短轴各个方向仔细查找故障点（由于油箱与夹件间隙较小，可采用械片反光照射及手摸、拉刮等方法来查找故障点），未找到故障部位，因此认为该故障点在变压器下届节油箱中的更隐蔽处。
图1槽形油箱铁芯固定示意图
②用加电压法查找铁芯多点接地故障。原理如图2所示先将铁芯接地引线解开并悬空，将220V电源地线接在变压器下节油箱上，然后通过调压器升压，经试验变压器将电容器上的电压升至6kV，把绝缘杆1搭到e处，对电容器充电。充电后，再将绝缘杆1从点处断开，绝4杆2搭到e对铁芯接地引线放电。此时在，压器四周各个－疑点处，仔细倾听异常响声和观察是否有异物冒烟。当绝缘杆对铁芯接地引线放电时，现场工作人员可听到在低压侧靠C相处铁芯下有响声，并发现在变压器油箱底部有一缕青烟逸出。这就证明该处为变压器铁芯多点接地故障。第一次放电后，测得的绝缘电阻为0.5MD，第二次放电后测得为280MΩ，证明该变压器的多点接地故障已排除。
图2采用加电压法处理铁心多点接地故障线路图
2．4#主变油中溶解气体分析
2001年5月4日在对该主变进行油色谱分析时，C2H2含量超过5μL/L，主变内部高温过热。5月10日后，采取主变滤油措施，在色谱分析数据反映出气体含量逐步下降。
通过对比H2、C2H2和总烃含量的变化趋势，在脱气前色谱分析数据的总烃较大，脱气后色谱分析数据的总烃变小，能够反映出变压器内的油中溶解气体含量变化情况。
5月14日，再次色谱分析得到数据，总烃达到了100.6μL/L，H2含量超过5μL/L，与此相近时间（5月4日）的色谱分析数据，总烃也较大，为100μL/L，C2H2含量超标。两者分析的三比值编码均为002码。综合故障判别方法，诊断结论为≥700℃高温过热。
针对4#主变压器油中气体C2H2数据超过规程5μL/L的情况，利用大修机会，于2001年6月10日，对4#主变压器进行了吊芯检查，发现4#主变压器铁芯底部垫板与铁芯间的6块绝缘纸板上有部分铁屑堆积成线状，均有程度不同的过热痕迹，其它绝缘状况良好，因此表明了4#主变压器内的C2H2是因为铁屑形成了铁芯短路过热引起，过热温度偏高。
3．根据油流循环来定位故障点
（1）方法
油在变压器中强制流动，形成环状流。分析油样取自两个带电体之间且流动方向一致，即在油泵出、入口上取油样，要求在同样位置取等量的若干组油样，将这些油样的分析值与变压器油门油样的分析值比较，可以判断故障点的位置：①变压器油门的油样分析值（以下简称油门值）与油泵出口油样的最高值相减，得正时，为油泵电机无故障；得负时，为油泵电机有故障。油门值与油泵入口油样的最高值相减，得正时，为变压器油道内无故障；得负时，为变压器油道内有故障。②油泵出口油样值（简称泵出口值）与油泵入口油样值（简称泵入口值）相减，得正时，为循环泵电机故障；得负时，为油泵入口方向故障即变压器绕组故障。③油门值此次值与前次值相减，得正时，为故障有发展；得负时，为故障没有发展。
(2)实例
1999年2月3#变压器在运行中取油样，色谱分析结果见表2。用油流分析定位法判断如下：变压器底部油门值减去4#泵出口值（总烃）为344.5－382.1=－37.61μL/L，4#泵出口值减去4#泵入口值为382.1－347.0=35.1μL/L，确定故障位置在4#泵电机。经检查是由于电机定子引线端子螺丝松动，引起过热故障。因泵与电机是油浸形式，故障油扩散到变压器本体。
2001年6月，2#变压器在运行中取样，色谱分析结果见表3。故障分析如下：变压器底部油门值减去2#泵入口值为399.2－457.6=－58.41μL/L，2#泵出口值减去2#泵入口值为371.2－457.6＝－86.4μL/L，判定此故障在变压器内部，2#泵油循环流过A相绕组，取样时变压器带负荷工况为10kV负荷。因此，判断故障在A相10kV绕组底层。
应用油流定位法，可以判断变压器故障部位是潜油泵电机故障，还是变压器绕组故障，也能确定故障有无发展趋势。这种方法对色谱分析三比值法起到了辅助作用，可增加变压器故障判断的准确性、可靠性。但需要注意的是特征气体的分析数据有分散性，当不同取油部分分析的总烃量相差太小时，不能作为判断的依据。
参考文献
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5王龙波．变压器油流分析故障判断方法．黑龙江电力．2002，4