王延爽
摘 要：变压器作为电力系统设备中重要组成设备之一，对保证各电气设备的正常运行起到了重要作用。在电力系统的各种电气设备中，变压器是其重要的组成部分。油中溶解气体分析法能够对变压器早期故障进行准确诊断，有效减少了设备的事故停用率，文章主要针对DGA（油中溶解气体分析）技术进行了概述，并着重分析讨论了其故障诊断原理。
关键词：油中溶解气体；变压器；故障分析；诊断
作为电力系统各电气设备的重要组成，变压器被广泛应用于电力系统的各个部位。变压器内部的绝缘材料以及绝缘油在运行中会受到电流作用的影响，并在电热环境下发生变化，逐渐分解老化，在这一过程中会产生含有甲烷、乙烷、乙炔、乙烯以及氢气、一氧化碳、二氧化碳等成分的气体。但是若是变压器发生故障则油气含量会发生变化，在变压器故障过程中，绝缘油分解量会不断加大，当分解产生的气体含量超过溶解量时，便会有游离状态气体被释放出来。通过大量的实践，变压器在出现故障的初期都会出现一些代表性的现象，该类现象被称为早期迹象，因此对变压器绝缘油溶解气体含量进行分析能够及时发现变压器故障。
1 气体成分的分析
变压器内部绝缘材料在分解时会产生二十余种可燃气体以及非可燃气体。所以分析气体的对象选定极为重要，只有选定必要对象才能准确判断变压器出现的内部故障。目前我国在其分析对象的确定上还尚未统一，按照相关规定标准要求，分析对象至少为七种气体，一般为八种至九种。当变压器发生故障，其特征气体主要有以下几种：氮气、洋气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔以及氢气、二氧化碳、一氧化碳。上述九种气体作为主要的故障分析气体对象的原因在于：（1）氧气能够表示出脱气程度以及设备密封性能的好坏；（2）对氮气进行分析主要为了对其饱和程度进行了解；（3）二氧化碳分析则能够充分了解设备平均温度高低，以及掌握固体绝缘材料的老化程度如何；（4）一氧化碳则是判断固体绝缘材料是否出现热分解的重要依据；（5）而乙烷、甲烷以及乙烯的分析能够掌握热源温度；（6）乙炔则能够表示出高温热源以及放电部位。
2 变压器故障同气体关系
变压器故障主要分为两种，一种是电性故障，一种则是热性故障。对油中气体进行分析能够充分了解故障点四周绝缘纸以及绝缘油的电分解本质和热分解本质。故障类型不同、故障能量不同以及绝缘材料的不同都会造成气体特征的差异，即故障点能量密度同所产生的气体不饱和度有着密切联系。例如，电性故障中，高能量放电同低能量放电所产生的特征气体就不同，高能量放电中，特征气体为乙炔以及氢气，低能量放电故障所产生的气体主要成分则是甲烷和氢气；而热性故障则会产生乙烯和甲烷。
3 诊断故障的方法
3.1 严重程度的诊断
在对早期变压器故障进行诊断分析时，不但要将气体的含量作为主要的诊断标准外，还应充分考虑设备故障时的产气率，产气率可以作为变压器内部出现的故障发展趋势的主要依据。在实际的故障分析中，主要的故障判定依据为有种溶解的气体含量以及产生气体的速率作为主要依据，若是其值超过注意值那幺则判定变压器内部存在故障。对变压器进行早期故障诊断时，除考虑气体含量外，还需考虑气体的产气率，根据产气速率来判断变压器内部故障的发展趋势。实际分析时，是以油中溶解气体含量和产气速率都超过其注意值时，判定为存在故障。绝对产气率可以通过以下公式得出：
Ra=[（Ci2-Ci1）/△t]m/ρ （1）
上述公式中，Ra表示绝对产气率，单位为mL/d；Ci1表示第一次取样中气体的组分浓度值，单位为μL/L；Ci2则表示第二次取样中气体的组分浓度值，单位为μL/L；△t则为两次取样的设计间运行时间，单位为d；m是变压器油量的总值，单位为t；ρ则是油的密度，单位t/m3。上述计算公式中忽略了逸散损失的气体量，但是在开放式变压器中的产气率计算中，逸散损失的气体含量必须予以考虑，因此上述公式仅适用于隔膜密封式以及逼疯油箱式变压器产气率的计算。
绝对产气率对于故障的标示计算操作步骤简单方便，且能够直接对故障的性质以及发展程度进行反映，因此在实际的变压器故障分析应用中，该种方式应用较为广泛，且结果较为准确。
3.2 如何诊断故障类型
3.2.1 三比值法。该种方法主要是通过对三对比值对三种特征气体进行对比分析，将不同的比值及其范围进行编码，用以对变压器产生故障进行判断。其编码方式如下：（1）乙炔/乙烯的气体比值范围小于0.1时，其编码为0；比值范围为0.1～1时编码为1；比值范围大于1小于3时，编码为1；比值范围大于3则编码为2。（2）甲烷/氢气。当比值范围小于0.1，则编码为1；比值范围为0.1～1时编码为0；比值范围大于1小于3时，编码为2；比值范围大于3则编码为2。（3）乙烯/乙烷。当比值范围小于0.1，则编码为0；比值范围为0.1～1时编码为0；比值范围大于1小于3时，编码为1；比值范围大于3则编码为2。
对于故障类型的判断方法分析如下：
（1）低温过热，且低温低于150℃，上述气体的编码按照顺序分别为0，0，1；
（2）低温过热，即低温范围为150至300℃之间，上述气体编码按顺序分别为0，2，0；
（3）中温过热，即温度范围大于300℃小于700℃，编码分别为0，2，1；
（4）高温过热，即温度高于700℃，此时编码为0，0、1、2，2；
（5）局部放电，出现该类故障时，编码分别为0，1，0；
（6）低能放电，编码为2，0、1，0、1、2；
（7）低能放电且过热，该故障时编码为2，2，0、1、2；
（8）电弧放电，此时编码分别是1，0、1，0、1、2；
（9）电弧放电且过热，故障编码分别是1，2，0、1、2。
需要注意的是，只有气体以及产气率超标才能使用该方法判断故障，若是上述指标正常，则无法通过该方式进行故障判断。
3.2.2 三比值法的不足。此方法可以简单、有效的判断变压器的故障，但在实际应用中也存在一些不足。例如“编码盲点”问题，对于有些编码，找不到对应的故障；对于复合故障的判别，也不令人满意；而且，三比值法只能大致判断出故障的性质，无法确定故障发生的部位，因而无法提出具有针对性的维修措施以迅速排除故障。
4 变压器故障诊断步骤
根据数据分析结果进行内部故障诊断时，应按如下思路进行诊断：判断有无故障；判断故障类型：如低温过热、高能量发电等；诊断故障的状况：故障功率、故障源面积、故障点部位、严重程度等；提出处理措施：如能否正常运行，继续运行能否保证设备本身的安全性，或是否需要停运检修等。当通过气相色谱仪分析得出油中气体含量数据之后，建议按图1进行变压器内部状况的诊断。
5 结束语
油中溶解气体分析的目的是用来检测变压器内部是否存在潜伏性故障，了解故障发生的原因、类型和严重程度，并预测设备的未来状态。但造成油中溶解气体增长的原因多种多样，如有时油中故障特征气体的产生与运行和检修有关。所以，根据气体分析判断变压器可能存在故障时，还应当结合其他相关实验以及运行检修进行准确判断，并综合外部检查等手段。不仅能够有效明确故障的确切类型，同时也能够找出故障点。
参考文献
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