變壓器故障分析中氣相色譜技術的運用

摘要：變壓器一旦出現(xiàn)故障，將對生產(chǎn)產(chǎn)生停電面大、周期長的嚴重影響。及時了解油浸變壓器內部運行情況并發(fā)現(xiàn)故障苗頭，對保證變壓器安全、可靠、優(yōu)質運行有十分重要的意義。對于油浸式變壓器，線圈和鐵蕊全部浸沒在變壓器油中，無法通過肉眼及直接丈量來判定變壓器的故障隱患，必須采用一定的技術方法來了解變壓器的運行狀況。

一氣相色譜法的原理

色譜法又叫層析法，它是一種物理分離技術。它的分離原理是使混合物中各組分在兩相間進行分配，其中一相是不動的，叫做固定相，另一相則是推動混合物流過此固定相的流體，叫做活動相。當活動相中所含的混合物經(jīng)過固定相時，就會與固定相發(fā)生相互作用。由于各組分在性質與結構上的不同，相互作用的大小強弱也有差異。因此在同一推動力作用下，不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后秩序從固定相中流出，這種借在兩相分配原理而使混合物中各組分獲得分離的技術，稱為色譜分離技術或色譜法。當用液體作為活動相時，稱為液相色譜，當用氣體作為活動相時，稱為氣相色譜。

色譜法具有：(1)分離效能高、(2)分析速度快、(3)樣品用量少、(4)靈敏度高、(5)適用范圍廣等很多化學分析法無可與之相比的優(yōu)點。

氣相色譜法的一般流程主要包括三部分：載氣系統(tǒng)、色譜柱和檢測器。

當載氣攜帶著不同物質的混合樣品通過色譜柱時，氣相中的物質一部分就要溶解或吸附到固定相內，隨著固定相中物質分子的增加，從固定相揮發(fā)到氣相中的試樣物質分子也逐漸增加，也就是說，試樣中各物質分子在兩相中進行分配，最后達到平衡。這種物質在兩相之間發(fā)生的溶解和揮發(fā)的過程，稱分配過程。分配達到平衡時，物質在兩相中的濃度比稱分配系數(shù)，也叫平衡常數(shù)，以K表示，K=物質在固定相中的濃度/物質在活動相中的濃度，在恒定的溫度下，分配系數(shù)K是個常數(shù)。

由此可見，氣相色譜的分離原理是利用不同物質在兩相間具有不同的分配系數(shù)，當兩相作相對運動時，試樣的各組分就在兩相中經(jīng)反復多次地分配，使得原來分配系數(shù)只有微小差別的各組分產(chǎn)生很大的分離效果，從而將各組分分離開來。然后再進進檢測器對各組分進行鑒定。

SP-3430氣相色譜分析儀充分利用這一原理，能夠快速、高效、正確地分析出變壓器油中氣體的組分及其含量，根據(jù)這些氣體的組分類型及其含量，我們就可以正確地分析、判定變壓器是否存在故障、故障的性質以及故障的大致部位。

二變壓器的故障產(chǎn)生的氣體及故障類型

1變壓器盡緣材料產(chǎn)生的氣體組分

油和固體盡緣材料在電或熱的作用下分解產(chǎn)生的各種氣體中，對判定故障有價值的氣體有甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、氫、一氧化碳、二氧化碳。正常運行的老化過程產(chǎn)生的氣體主要是一氧化碳和二氧化碳。在油紙盡緣存在局部放電時，油裂解產(chǎn)生的氣體主要是氫和甲烷。在故障溫度高于正常運行溫度未幾時，產(chǎn)生的氣體主要是甲烷。隨著故障溫度的升高，乙烯和乙烷逐漸成為主要特征。在溫度高于1000℃時，例如在電弧弧道溫度(3000℃以上)的作用下，油裂解產(chǎn)生和氣體中含有較多的乙炔。假如故障涉及到固體盡緣材料時，會產(chǎn)生較多的一氧化碳和二氧化碳。

盡緣油和盡緣材料在不同溫度和能量作用下主要產(chǎn)生的氣體組分，回納如下：

1)在140℃以下時有蒸發(fā)汽化和較緩慢的氧化。

2)盡緣油在140℃到500℃時油分解主要產(chǎn)生烷類氣體，其中主要是甲烷和乙烷，隨溫度的升高(500℃以上)油分解急劇地增加，其中烯烴和氫增加較快，乙烯尤為明顯，而溫度(約800℃左右)更高時，還會產(chǎn)生乙炔氣體。

3)油中存在電弧時(溫度超過1000℃，使油裂解的氣體大部分是乙炔和氫氣，并有一定的甲烷和乙烯等。

4)設備在運行中，由于負荷變化所引起的熱脹和冷縮，用泵循環(huán)油所引起的湍流，以及鐵芯的磁滯伸縮效應所引起的機械振動等，都會導致形成空穴和油開釋溶解氣體。假如產(chǎn)生的氣泡集在設備盡緣結構的高電壓應力區(qū)域內，在較高電場下會引起氣隙放電(一般稱為局部放電)，而放電本身又能進一步引起油的分解和四周的固體盡緣材料的分解，而產(chǎn)生氣體，這些氣體在電應力作用下會更有利于放電產(chǎn)生氣體。這種放電使油分解產(chǎn)生的氣體主要是氫和少量甲烷氣體。

5)固體盡緣材料，在較低溫度(140℃以下)長期加熱時，將逐漸地老化變質產(chǎn)生氣體，其中主要是一氧化碳和二氧化碳，且后者是主要成分。

6)固體盡緣材料在高于200℃作用下，除產(chǎn)生碳的氧化物之外，還分解有氫、烴類氣體，溫度不同，一氧化碳和二氧化碳的比值有所不同，這一比值在低溫時小而高溫時大。

7)鐵鋼等金屬材料起催化作用，水與鐵反應產(chǎn)生氫氣。此外，奧氏不銹鋼材能蘊躲氫，與盡緣油接觸開釋出來溶解于油中。

下表為不同故障類型產(chǎn)生的氣體組分：

有時設備內并不存在故障，而由于其他原因，在油中也會出現(xiàn)上述氣體，要留意這些可能引起誤判定的氣體來源。例如：有載調壓變壓器中切換開關油室的油向變壓器本體滲漏或某種范圍開關動作時懸浮電位放電的影響：設備曾經(jīng)有過故障，而故障排除后盡緣油未經(jīng)徹底脫氣，部分殘余氣體仍留在油中;設備油箱曾帶油補焊;原注進的油就含有某幾種氣體等。還應留意油冷卻系統(tǒng)附屬設備(