西安西电变压器有限责任公司 陕西省西安市 710077
摘要：新时期，电力需求不断增加。据国家能源局统计，近年来我国用电量呈现增长趋势，2018年全国用电量达到68449亿千瓦时，同比增长8.5%。对电力企业来说，用电量的提高带来了机遇和挑战。在国家发展战略的新时期，提高供电能力，保证供电的安全、可靠和效率，是电力企业管理和发展的重要内容。在电力生产和运行中，变压器的运行状况非常重要，因此，做好电力变压器的故障诊断技术是必要和重要的。
关键词：变压器油；溶解气体分析；故障诊断
1变压器油中溶解气体分析和故障诊断方法
不同类型故障引起变压器内部变化最明显的表现是油温度变化，而且不同类型的故障引起油温度变化不同，变压器绝缘油在不同温度下，分解产生的气体类型不同，产气速率也存在差异，除非严重的短路故障，一般故障引起的气体分解主要都以各种烃类气体为主，基于以上原因，变压器油中溶解气体分析法是判断电力变压器内部故障最常用的一种方法。当油中含有多种不同的气体组分时，利用气相色谱分析法对油中溶解气体进行检测，根据溶解气体各项参数的变化情况来判断变压器是否存在故障或异常。在实际应用过程中，电力工作人员可通过产生气体的变化特点进行变压器故障判断。由于电力系统中的变压器大多长时间维持在运行状态，长期使用过程中必然会发生老化，这一老化过程本身会导致一定的气体产生，但是这种情况下的气体产生速度较慢。而当变压器出现其他故障时，往往气体产生速度较快，因此可以将这一点作为区分的特征，大致判断气体的产生是由于变压器本身寿命老化的原因还是由于其他运行故障的原因。对于不同的故障，表现出产生气体的种类也有差异。比如在变压器温度过高时，产生的气体主要是乙烯；如果出现放电情况，产生的气体大多是氢气；当出现电弧放电时，产生的气体通常是乙炔。根据这些产生气体的不同表现特征和情况，电力工作人员可根据其中的差异来作出较为准确的判断。
溶解气体分析对应的具体故障诊断方法主要是通过气体特征性、气体产生速率，结合三比值法来进行的。其中，不同故障对应的其他特征如表1所示。
表1 变压器故障类型下产生的气体组分
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气体产生速率包括绝对产气速率和相对产气速率，前者是每日某种气体产生的平均值，后者是每月这种气体产生同比增加值。如果发现某种气体或多种气体的产生速率出现异常，超过注意值或限定值，应进行异常原因分析。
三比值法是对产生的五种主要气体选取三对计算比值（CH4/H2、C2H2/C2H4、C2H4/C2H6），然后根据不同比值组合情况判断故障类型。该方法的应用有一个条件，油中产气量必须超过阈值才有效，如果各种气体含量正常，则该计算方法无效。
目前用三比值法对故障类型进行判断的标准导则国内外主要有如下几个标准：
国内标准有国标GBT7252和电力行业标准DLT722，国际上有IEC60599及IEEEC57.104,其中GBT7252非等效采用IEC60599标准，四个标准在对变压器内部故障的判断方法和思路上基本相同，但又有局部的细节的不同。主要相同点如下：
（1）GBT7252和DLT722的三比值法的编码规则是一致的（如表2）。
表2
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但在对故障判断的依据上又有明显的区别，如在判断低能量放电和电弧故障的对C2H2/C2H4的比值选取上，两者存在比较明显的区别，GBT7252判断标准如表3。而DLT722判断标准则如表4。
表3
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表4
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（2）国内标准在编码范围规则数值范围的选取上与IEEE标准更接近，但在故障判断的依据上又不同。
（3）IEC标准和IEEE标准无论在编码规则数值范围的选取还是判断准则上都不一致。
无论采用哪种标准来对变压器故障进行判断，依据的都是长期的数据积累，根据积累数据按照模糊理论对变压器故障进行诊断，模糊理论的优势在于能够针对一些不确定性判断问题进行信息的分析、归类和传达，进而使这些不确定性问题能够以相对更加清晰的信息形态或信息形式来帮助人们做出更为科学准确的判断。目前，在电力系统中采用模糊理论进行变压器故障诊断大多应用在大型油浸式变压器中。为了提高变压器故障诊断的准确度，电力工作人员应将多种气体的产生率以及相关参数纳入到诊断系统中，同时结合行业技术标准提高诊断水平。由于电力系统中变压器故障的产生原因是由多种不确定性因素导致，因此，借助模糊理论进行变压器故障诊断是十分有效的。
2开展监测装置运行质量评估，提升监测装置运行效能
2.1质量评估方法
为规范、有序、有效地开展变压器油中溶解气体在线监测工作，及时了解变压器油中溶解气体在线监测装置运行状况，提升监测装置的运行质量和管理水平，2016年1月至5月，分别用实验室用色谱仪、智能控制变压器油中溶解气体检测装置开展了油中溶解气体在线监测装置的相对测量误差、测量重复性等试验研究，并采用累计维修费用率模型、可靠性模型评估了安徽省内油中溶解气体在线监测装置的累积维修费用和可靠性，结果表明该导则中提及的评估要素具有可操作、全面性等特点。通过分析总结试验和评估结果，并结合油中溶解气体在线监测装置实际运行情况，制订了质量评估方法。
2.2在线监测系统组成
油中溶解气体在线监测系统由油气采集单元、气体检测单元、数据处理单元、通信控制单元和监控软件等模块组成。各个功能模块协同工作。气体监测单元采用两条不锈钢软管与变压器的预留监测接口相连，其中所有接口均采用Φ6卡气套连接，并保证接口密封，不能漏油。气体监测单元是系统的主要设备环节，主要由油气分离膜组件、电化学传感器组件（H2和C2H2传感器）、温度控制和压力控制组件组成。油气分离膜组件一端连接取油管道，将绝缘油和气体分离后，另一端连接回油管道上的油泵，绝缘油重回变压器油箱，分离出的气体经过第3个接口连接压力控制模块，分离出来的气体被送进电化学传感器室，电化学传感器采用SGA-400B系列的智能传感器模组进行气体数据采集。温度控制模块主要实现温度控制，提高检测的精度。压力控制模块和温度控制模块配合，在最短时间内达到油气平衡。气体数据经过电化学传感器采集后在现场检测装置上进行报警阈值判断，同时，通过485总线同步传给上位机，计算出氢气和乙炔的含量，根据气体标定，进行故障判断。
2.3现场检验方法
为克服传统方法的弊端，研究一种现场方法，可以前往现场对油中溶解气体在线监测装置的准确性进行现场检验对比。首先将变压器空白油与特征气体以一定配比混合，达到气液溶解平衡。然后利用实验室离线色谱仪对油浓度继续进行标定，使标定浓度数据接近其配比的理论浓度。最后将配制的理论浓度油样作为标准油样，存儲在密封良好、可模拟变压器出油压力、便于携带的标准油样存储装置中，直接用于油中溶解气体在线监测装置的检验。用已知理论浓度的标准油样为标准样品，实现对变压器油中溶解气体在线监测装置的检验要求，可从油样采集单元到输出单元全部检测过程进行检验对比。不同于传统的实验室色谱数据对比法，这种方案可对油中溶解气体在线监测装置的乙炔等关键气体检测准确性进行检验。
参考文献
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