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摘要：本文先分析了变压器应用油色谱分析故障的原理，然后探讨了变压器内部故障类型及变压器内部故障与特征气体，最后提出变压器油色谱异常的处理方法。
关键词：油色谱；变压器；内部故障诊断
1油色谱分析故障的原理
变压器中最重要的绝缘材料主要包括变压器油及油中存在的有机绝缘材料。其中变压器油属于石油的一种馏化产物，包含一些饱和烷烃及芳香族不饱和烃等。而有机绝缘材料的组成成分主要是纤维素。变压器油和有机绝缘材料的稳定性差，在热和电的作用下会发生分解。其中烷烃的熔点最低，高温刺激下最容易被分解，在分解时，大分子烷烃分解成小分子的烷烃。就能够估算出变压器出现故障的原因以及变压器未来可能出现的故障类型。这就是利用变压器油色谱判断变压器故障类型的机理。
2变压器内部故障类型
变压器内部故障包含过热性故障和放电性故障。过热性故障表现为变压器内部存在热点且温度高于正常值，通常由低温过热向高温过热发展，从而使绝缘油和固体绝缘材料因受热劣化而产生气体，不论是导电回路还是磁路回路，还是其他部分，都可能发生过热性故障。放电性故障按照对变压器危害大小可分为局部放电故障、火花放电故障和电弧放电故障。局部放电故障主要是由变压器内部绝缘介质损坏引起的非贯穿性故障，危害程度取决于绝缘材料的耐放电性能及放电电量大小、次数；火花放电故障主要是由变压器内部各构件间存在不同电位，或是绝缘油中含有杂质形成悬浮电位引起的间歇性故障；电弧放电故障是由变压器内部各构件间短路导致电子崩冲击绝缘介质引起的毁坏性故障，往往无预兆，具有极高能量。
过热性故障发生的原因主要包括：导线过电流；铁芯漏磁、局部短路、层间绝缘不良、多点接地，形成环流；分接开关接触不良；引线夹件螺丝松动或接线焊接不良；电磁屏蔽不良，使漏磁集中；油道堵塞，影响散热。
局部放电故障发生的原因主要是变压器内部存在气隙和油隙，或是其他金属部件和导线存在尖角、漆瘤。按照放电部位的不同可分为绝缘空穴、电极尖端、油角间隙、油与纸板间油隙和油中沿绝缘材质表面的局部放电。
火花放电故障发生的原因主要包括：套管引线断裂或套管储油柜对电位未固定的套管导电管放电；引线局部、铁芯接地片损坏或接触不良；操作过电压、过负荷、匝间多次短路导致绕组层间放电；分接开关拨叉电位悬浮造成放电；变压器油中存在杂质（水和纤维）。
电弧放电故障发生的原因主要包括线圈匝、层间绝缘击穿，引线断裂，对地闪络，分接开关飞弧，接头间、绕组和铁芯间、套管和箱体间短路。此故障发展速度快、产气量大，放电将使绝缘纸烧焦乃至碳化，严重时可能造成变压器烧损甚至爆炸。
此外，一些变压器外部故障也将导致油中气体含量发生非正常变化，从而影响变压器内部故障诊断。如切换开关油室的油向本体渗漏，开关动作时悬浮电位放电，油箱曾带油补焊，维修后绝缘油未彻底脱气，原注入油含有某几种气体，油冷却系统附属设备（如潜油泵、油流继电器等）故障产生气体进入本体。
3变压器内部故障与特征气体
变压器绝缘材料主要由变压器油（烷烃（CnH2n+2）、环烷族饱和烃（CnH2n）、芳香族不饱和烃（CnHH2n-2）等）和固体有机绝缘材料（纤维素（C6H10O3）n）组成。在热和电的作用下，烷烃极易裂化为小分子烷烃（CnHH2n+2）、烯烃（CnH2n）以及H2、CO和CO2气体。表1至表4反映了各类型变压器内部故障与溶于油中特征气体的对应关系，其中百分率均为占总烃或是氢烃的数值。
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变压器固体绝缘发生故障时，油中的原子氧、臭氧、一氧化氮、二氧化氮等将与水反应生成硝酸和亚硝酸，其将强烈腐蚀变压器内部绝缘材料，并与导线裸铜反应生成铜绿和硝酸铜粉末。为此，变压器故障后必须对油进行净化和脱气处理。
从表1-表4中可知，特征气体故障诊断方法能准确判断故障性质，且直观方便。但在实际中，各种故障发生时溶于油中的气体还与其自身材料或所处环境有关，如开关热故障将产生C2H2、固体绝缘受潮老化将产生H2，因此特征气体故障诊断方法应结合产气速率、缩小温度范围等定量的方法进一步提高诊断准确性。
4变压器油色谱异常的处理方法
目前，人工智能技术日趋成熟，实际应用范围也日渐广泛。我国在进行变压器油色谱分析时已经将人工智能技术渗透其中，主要是通过智能化软件实现对变压器油色谱错误情况的具体分析。操作人员利用智能软件分析得到的实验数据，精准的发现故障部位，提高了变压器故障解决的工作效率。实际应用发现，变压器油色谱发生错误且部分微量金属元素含量不一致时，一般会导致变压器内部铁芯通电失败，阻碍变压器的稳定运行，从而影响到电厂的电路运行。这时，工作人员就应该及时和设备厂家联系，由厂家派工程师过来维修或者回厂重修。在变压器的油色谱信息出现错误时，对潜油泵进行核查是首先要进行的工作。潜油泵出现故障也会导致变压器油色谱出现错误，所以在变压器出现油色谱错误后，要尽快排查潜油泵是否是引起油色谱错误的主要因素。在潜油泵的温度逐渐增加或者长时间高温刺激时，潜油泵周围油的性质就开始变化，时间久了之后就会出现油裂现象，降低变压器的工作效率。在对潜油泵的运行情况进行排查时，最常用的是超声波检测法。超声波检测法对潜油泵有一定的保护作用，可以准确找到潜油泵故障形成的因素和详细部位。这种检测法应用在油泵检查中可以显著提高变压器稳定运行的效率。变压器中潜油泵发生故障的因素往往在于变压器内部遗留的金属颗粒的摩擦。对变压器进行检查维修时，若是排查出潜油泵问题，维修人员可以替换新的潜油泵，然后进行监测。若是更换后潜油泵开始正常运行，并且持续稳定，则表示更换方案可行。若是更换后潜油泵依然无法正常工作，就说明故障问题不在此处，还要仔细核查潜油泵的其他部位。
5结束语
本文通过对变压器油气相色谱分析中常见问题的分析，提出了合理的解决措施，极大的减少了因设备异常给色谱分析工作带来的影响，保证色谱分析数据准确，为变压器油分析工作顺利开展提供技术参考。另外，在变压器油气相色谱分析中，引起同一异常问题的原因不止一种，在分析过程中遇到问题，需要逐一排查，切勿盲目。同时，操作人员应总结工作经验，掌握仪器设备性能，熟悉仪器正常工作状态，规范工作方法，为电网的安全、稳定运行保驾护航。
参考文献：
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