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摘要：电力变压器是电力系统中重要的元件，起着举足轻重的作用，近年来受到了国内外学者们的广泛关注。变压器在电力系统中起到变换电压等级的作用，升压变压器可以将电能从发电厂出口电压升高到输电网的电压等级，降压变压器可以将电能从高电压等级降到低压等级供负荷使用。变压器的安全稳定运行将直接影响电网的供电可靠性。
关键词：油色谱分析；变压器；内部故障；诊断
1变压器油色谱分析技术概述
变压器油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，分子中含有CH3、CH2和CH化学基团并由C-C键键合在一起。运行中的变压器油在电或热的作用下会缓慢产生少量的氢气（H2）和低分子烃类气体。变压器内部出现故障时，产生的热量使绝缘油分解出的气体形成气泡，在设备里经过对流、扩散等运动方式不断地溶解在油中。这些故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。通过对变压器油进行色谱分析就能尽早发现设备内部存在的故障。
变压器油中溶解气体包括氢气（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）共7个组分，其中甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）和乙炔（C2H2）4种气体的总和称为总烃。变压器油经脱气装置处理后得到溶解气体的气样，注入气相色谱仪，再由载气（N2）把气样带入色谱柱中进行分离，并通过检测器进行检测，最后通过色谱数据工作站得到检测结果。气相色谱仪包括热导检测器（TCD）、氢焰离子化检测器（FID）和镍触媒（Ni）转化器。其中热导检测器测定氢气、氧气含量，氢焰离子化检测器测定烃类、一氧化碳、二氧化碳含量，镍触媒转化器将一氧化碳和二氧化碳转化为甲烷。
2变压器油色谱分析原理
变压器油作为自石油内部中所分离出的矿物油，其所包含的绝缘成分主要包括矿物绝缘油以及石油当中所含的固体式有机绝缘物质。其中，矿物绝缘油内主要包含了烷烃、芳香族的不饱和烃以及环烃族的饱和烃。而固体的有机绝缘物质则主要包含了纤维素。在变压器油的正常使用过程中，其内部所含有的绝缘油及其他绝缘物质会逐渐变质和老化，同时伴有氢气、乙烷、甲烷、乙炔、乙烯、一氧化碳以及二氧化碳等少量气体排出。一旦变压器的内部出现故障，则此类气体的释放量就会迅猛增长。例如，当故障点处的温度处于较低范围时，甲烷在气体的释放比例中明显增长;当温度提升时，则乙烯和氢气的比例会急剧增长;当产生严重过热现象时，则会伴有乙炔气体产生。通常而言，我们将对故障诊断具有实际意义的气体，如H2，CH4，C2H6，C2H4，C2H2，CO，CO2称作特征气体，而将CH4，C2H6，C2H4，C2H2，这4类气体的含量总和称作总烃，即C1+C2。
3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。
4油色谱分析在故障判断中的应用
4.1故障下产气的特征
变压器一旦内部出现故障时，其所产生的气体性质会发生一定的变化。因此可以根据所产生气体的性质和属性等来对故障进行辨别，如在放电情况下会产生氢气、高温情况下会产生乙烯、电弧放电时会有乙炔气体产生。针对所产生的气体特征来对故障进行判断。
4.2故障下产气的速率
在变压器油中溶解的可燃性气体在电场与热环境下会进行分解，而且气体产生的速度也会加快。因此在对变压器是否存在故障进行判断时，可以根据变压器油中气体含量及增长速度进行判断。一旦变压器存在故障时，在对故障判断时可能参考变压器油中气体产生的速度，以此为依据来判断故障具有科学性和合理性。
4.3故障产气速率判断法
（1）当需要对变压器是否存在故障进行判断时，可以根据变压器油中总烃含量及产气速率，利用油色谱分析来对故障类型进行判断。根据油色谱分析所得到的变压器油中总烃绝对值及总烃产气速度都低于注意值时，可以判断变压器正常，没有故障发生。（2）总烃大于注意值，但不超过注意值的3倍，总烃产气速率小于注意值，则变压器有故障，但发展缓慢，可继续运行并注意观察。（3）总烃大于注意值，但不超过注意值的3倍，总烃产气速率为注意值的1～2倍，则变压器有故障，应缩短试验周期，密切注意故障发展。（4）总烃大于注意值的3倍，总烃产气速率大于注意值的3倍，则设备有严重故障，发展迅速，应立即采取必要的措施，有条件时可进行吊罩检修。
4.4故障下产气的累计性
一旦运行中的变压器存在一些潜伏性问题时，则在变压器油中会有一些气体产生，并溶解在变压器油中。当油中溶解的气体达到饱和状态时，会有气泡随之产生，因此根据故障发生时产气的累计量能够对变压器故障进行判断。
4.5在利用色谱对变压器故障进行分析时，数据做为必要的参考，但仅仅依托于数据合理即对故障进行判断是不科学的，还需要对数据进行对比，从而及时发现变压器存在的故障隐患。但当分析时发现数据存在较大波动时，需要增加采样分析频率，确保分析结果的科学性。
5结论
油色谱分析方法能够效率准确的判断出变压器中潜在的风险和故障，但是在遇到具体的情况的时候，不能盲目的按照标准来执行，故障发生的实际情况或者故障发展的程度，要和些外部电气试验数据还有设备在实际运行的过程中可能遇到的状况，要综合分析，根据现场情况来操作，另外就是要充分利用油化学检测及其灵敏性的特点，把作用发挥到最大，帮助分析判断故障的类型和性质，并且能够提出及时有效地检修策略提高变压器的安全可靠性和运行的寿命。
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