樊娜 潘庆志
孝感供电公司 湖北 孝感 432000
摘要：变压器作为电力系统中的核心器件，其安全运行对于保证电网安全可靠运行意义重大。本文首先变压器在线监测技术，接着举例说明气相色谱法如何监测变压器故障。
关键字：变压器在线监测；气相色谱法；变压器故障
1变压器在线监测技术
1.1 变压器油色谱在线监测
1.1.1 油气分离技术
（1）薄膜脱气法：主要应用的是扩散原理，应用一种聚合薄膜，膜的一侧是变压器油，另一侧是气室，进而利用膜两侧气压的不平衡性，油中的气体扩散到气室，从而将油气分离。经过一段时间，达到动态平衡，再经过计算得到溶解在油中某一气体的含量。这种方法最大的优点就是操作具有一定的简便性，但也有缺点，那就是要想达到动态平衡往往需要的时间比较长，脱气缓慢。值得强调的是油中的杂质和污垢会堵塞聚合薄膜，这就需要对薄膜进行定期更换，增加了成本。
（2）动态顶空脱气法：通过采样瓶内搅拌子的不断搅拌，使得气体析出通过检测装置，然后气体返回采样瓶内。如果相同时间间隔内的测量值相同，就意味着脱气完成。顶空脱气技术在众多方法中之所以被广泛应用，主要是因为其油气平衡时间不超过三十分钟，脱气效率高，重复性好，分析灵敏度高。
1.1.2 气体检测技术
（1）气相色谱法：在高纯氮气作用下将分离后气体样本输送到色谱柱中，各组分气体停留的时间要受到分配系数的影响，分配系数大，停留的时间也比较长。将各组分的气体放置于敏感度高的TCD 检测仪中，主要检测的是气体的浓度，然后转换为相应的电信号输入到计算机中。具有准确检测气体浓度的优势。而缺点是不易操作，时间周期长，所需要的技术含量比较高，适用范围为定期检测。
（2）光声光谱法：溶解在油中的气体在脱气完成后进入光声室，入射光经过频率调整后经滤光片进行分光，每一个滤光片只允许某种特定气体吸收波长的红外线透过，然后各种特定气体吸收波长的红外线以调制频率多次激发气体，使气体通过辐射或非辐射两种方式回到基态。此过程中会造成局部温度升高，从而促进密闭的光声室产生机械波，进而被微音器检测到，就可以将气体组分浓度准确地判断出。此法的优势在于不用消耗气体消耗品，可应用少量样品检测各组分气体浓度，时间短，效率很高，重复性好。也正因为其具备众多优势，受到了越来越多人的青睐。
1.2 变压器局部放电在线监测
（1）脉冲电流法：在变压器套管接地、外壳接地、铁芯接地以及绕组间发生高压局部放电时测量脉冲电信号，测量出一些基本量来反映放电脉冲的个数、大小和相位等，灵敏度极高。但脉冲电流容易受到外界噪声的干扰，这就需要对局部放电脉冲信号进行准确地提取，进而增加其抗干扰能力。此种方法的缺点是测量的脉冲频率低，测量出的信息量不多。
（2）射频检测法：该方法主要是用罗氏线圈型传感器从变压器和发电机等被检设备中性点提取信号。同时它在安装上比较方便，不会受到系统运行方式的限制，这也是它为什么能够广泛地应用于发电机在线监测中的根本原因。但不可否认其也具有一定的缺陷，那就是只能分辨出单一的信号，难以在三相变压器的发生局部放电检测中使用。
（3）超高频检测法：其工作原理是通过超高频传感器接收局部放电所产生的超高频电磁波，来实现局部放电检测。它的最大优势在于抗干扰能力强，具有良好的发展前景。
超高频检测法的检测和定位主要是通过传感器收到的超高频电磁波来实现，其具有测量频率高、频带宽、信息量大、抗干扰性强的优势。将其利用好能够充分了解变压器绝缘系统中局部放电特性。经过多年的努力，超高频检测法取得成果是不小的，但变压器在局部放电时所激发的高频电磁波在变压器中的传播特性较为复杂，加上变压器内部的结构会对电磁波的传播产生一定影响，变压器的箱壁对于电磁波也存在折反射，这样的过程中超高频传感器接收的信号已经不同于变压器内部的局放源发出的信号，所以还需要进一步加大研究的力度，使其更为深入。
2变电站变压器在线监测的应用案例
2.1事件起因
某变电站运行着一台超过15年的变压器，油重14t，容量为20000kVA，在2019年10月开展常规油化试验时发现总烃达214.5μL/L，超过《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中关于总烃注意值150μL/L的要求。详细试验数据见表1。与上一年常规试验所得总烃含量比较，相对产气速率为13.12%/月，超过《导则》中关于总体的相对产气速率注意值为10%/月的要求。乙炔（C2H2）的含量较上一年有有所增长，但未超过注意值的要求。采用改良三比值法进行分析，比值编码为022，参考《导则》中给出的分析结果，故障性质为高温过热，故障温度高于700℃。典型情况有分接开关接触不良、引线接触不良、铁芯多点接地等各种情况。为持续跟踪各气体含量的增长趋势，确保变压器的内部状态得到有效的监测，于2019年11月开展跟踪试验，气体总烃含量增长至225.5μL/L，详细试验结果如表1所示。1个月内总烃的相对产气速率为5.12%/月，比值编码为002，故障性质以及典型情况与上个月相同。结合大卫三角形法进行辅助分析，分析结果为“D2——高能放电”。
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2.2停电试验
为防止该变压器内部故障进一步扩大，产生链式反应造成变压器重大故障后无法修复，结合改良三比值法的分析结果以及铁芯接地电流测试结果，初步怀疑乙炔（C2H2）气体的产生以及总烃含量的增长是由于分接开关接触不良引起的。2019年11月30日申请停电，对该变压器进行检查试验。试验工作的重心放在了绕组连同套管的直流电阻试验项目上。在开展中压侧绕组连同套管直流电阻试验时发现，运行档位绕组的直流电阻不平衡率达13.7%，最大相间差别达24.1 mΩ，超过1600kVA以上变压器，各相绕组电阻相互间的差别一般不大于三相平均值的2%，线间差别一般不大于平均值的1%的要求，原因在于C相直流电阻偏大。该变压器中压侧采用分相式无励磁分接开关进行调压，使用扳手转动调压齿轮一定的圈数即可调节档位。在现场对无励磁开关进行循环调档两次再复测中压侧运行档直流电阻，不平衡率已缩小至0.29%。对变压器进行剩余检查试验未发现异常数据。可见，该变压器的油中总烃含量的增长以及乙炔气体的产生是由于分接开关动静触头接触不良引起的。一种可能的解释是变压器在带负荷运行的过程中产生震动，而长期未调档的分接开关在变压器的震动下松动，并且该变压器内的绝缘油运行年限已久，在分接开关的松动处积累了较多的油泥，进一步导致分接开关的动静触头接触电阻增大，进而产生了高温过热的内部故障现象，使变压器油中的乙炔及总烃含量增长。在循环调档研磨分接开关接触部位后，油泥被清除，接触电阻减小，直流电阻恢复正常。
2.3结语
（1）本次通过绝缘油气相色谱法分析技术发现了该变压器总烃含量异常，并通过注意值比对、相对产气速率、改良三比值法、大卫三角形法等多种故障类型分析方法跟踪、确认变压器内部故障的发展趋势，为变压器油中气体含量的异常分析、数据判断、变化趋势提供了切实的经验。
（2）在发现总烃、氢气（H2）、乙炔（C2H2）含量超过注意值后，应依据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》的要求立即缩短周期开展跟踪，直至无明显增长趋势后才能恢复正常的跟踪周期。缩短周期跟踪后，应密切关注特征气体的增长趋势，总烃含量的相对产气速率，总烃、氢气（H2）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）等油中溶解气体的绝对产气速率。
（3）采用分相式无励磁分接开关的老旧变压器，在通过绝缘油气相色谱分析发现变压器内部故障后，可重点关注无励磁分接开关的调压部位，使用红外测温等手段观察变压器内部是否有异常发热部位。同时还可以检测铁芯接地电流，确认变压器铁芯是否存在故障，进一步缩小故障的可能范围，通过各种带电检测手段为停电检查试验提供参考依据，有的放矢，节省停电检查试验时间，提高检查效率。
参考文献
[1]DL/T 722-2014.变压器油中溶解气体分析和判断导则[S]