余 欣
中国电建集团福建工程有限公司 福建省 350007
【摘 要】：随着科学技术的不断发展，人们对供电的需求和要求也越来越高，变压器作为电力系统中的关键设备，对电力系统的运行质量有着极大的影响，必须要加强对变压器的维护和检修，避免故障问题的发生。但是在实际的变压器运行工作中，故障问题时有发生，为了保障电力系统的运行稳定，加强故障诊断能够起到更好的保障作用。变压器油色谱分析是常见的故障诊断方法，具有较高的诊断准确率，有利于对故障的快速诊断，使故障处理更加快速和有效。
【关键词】：变压器；油色谱分析；故障诊断
引言
在变压器的故障诊断中，油色谱分析是通过油内含有的溶解气体与故障之间的相关性进行诊断的方法，需要采用专门的气相色谱分析仪器进行，使油内含有的溶解气体能够得到全面和准确的分析，并针对气体的含量和组成成分对变压器的故障情况进行诊断，得出故障的具体位置、类型和影响程度等诊断结果，为故障的处理和防范提供详细的科学依据。
一、变压器油的化学组成
变压器油是经过蒸馏和精炼石油所得到混合矿物质油，其中包括含有各种碳氢化合物，以碳和氢两种元素为主，总含量能够占到95%以上，其他包括氮、硫、氧和其他金属元素，通常还被成为绝缘油。由碳和氢两种元素形成的有机化合物在有机化学中称为烃，根据不同的分子结构会形成不同的烃化物种类，包括烷烃、芳香烃、环烷烃和不饱和烃。
（1）烷烃
烷烃在电气性能方面有着较强的优势，但是在抗氧化性能方面表现较差，在析气性方面也是所有烃中表现最差的，这就导致烷烃容易在强电场中形成脱氢反应。
（2）环烷烃
环烷烃在电气性能、化学稳定性、热安定性和润滑性方面均有着较强的优势，还具有发热量高和凝固点低的特点，在变压器油中应用较为广泛。
（3）芳香烃
芳香烃能够分为单环芳香烃、双环芳香烃和多环芳香烃，其中单环芳香烃在电气性能方面更具有优势，而双环芳香烃在抗氧化性方面更具有优势，双环芳香烃的天然抗氧化剂属性会导致氧化后的沉淀，油色会逐渐加深，在介质损耗方面也更高于单环和双环芳香烃，吸氢能力也更差于单环和双环芳香烃。
（4）不饱和烃
不饱和烃在化学稳定性方面表现较差，主要在于不饱和烃是通过石油加工生产而获得的，石油本身不具有不饱和烃成分。
（5）非烃化合物
除了碳和氢元素在石油中占有极高比例之外，其他元素化合物也能起到一定的影响作用。比如油品氧化就是由氮化合物所导致的，油色会由于沉淀而逐渐加深；油品抗氧化性的提高也有硫化合物的促进作用，但是硫化合物的含量有着较严格的标准，当含量超过0.25%时，会导致油品产生过高的腐蚀性等。
二、变压器油色谱分析在故障诊断中的意义
首先是在变压器油色谱分析的过程中，能够通过分析人员对变压器油色谱分析技术的掌握，更为准确的对故障的相关情况进行诊断，使故障的解决效率和质量都能够得到提高；其次是根据变压器油色谱分析的原理，能够对变压器的运行状态进行深入了解，确保变压器处于正常的运行状态下，保障变压器的良好运行。最后是根据通过变压器油色谱分析对运行情况的了解，对其中存在的异常情况进行评估，能够提前发现可能产生的故障问题，在造成故障影响和损失之前，先进行相应的处理和防范，能够更好的达到防患于未然的作用，降低故障发生率，也降低故障所带来的的其他损失。所以必须要加强对变压器油色谱分析的重视，并充分应用到故障诊断的实际工作中。
三、变压器油色谱分析及故障诊断的分类
变压器经过长期运行后会由于老化或分解等作用产生不同气体，导致局部过热或放电故障等隐患，通过对故障诊断的分析研究能够发现，在不同的故障情况下，绝缘物分解产生的气体也存在较大的不同，可以通过气体的差异性对故障的性质和程度进行诊断。
变压器的主要内部故障包括热性故障、电性故障和受潮故障等，常见的诊断方法如下：
1、热性故障
热应力会加速绝缘材料的老化导致故障发生，当变压器油中H2+C1+C2含量大于27%时，变压器会表现为低温过热现象；当变压器油中氢气在氢烃总量的占比中低于27%时，变压器会表现为高温过热现象；当变压器油气体中C2H4和CH4超过总烃含量的80%时，变压器会表现为超过700℃的高温过热现象；在严重过热的情况下，除了H2、CH4、C2H4和C2H6之外，还会存在低于总烃量6%的C2H2。
2、电性故障
绝缘材料会在变压器放电作用下不断分解气体，通常基于不同的放电量级主要分为三种故障类型：当变压器油中气体为大量的C2H2、H2和相当数量的CH4、C2H4时，可以诊断为电弧放电；当变压器油中气体为大量的C2H2、H2和相当数量的CH4、C2H6时，可以诊断为火花放电；当变压器油中气体为氢总量90%以上的H2和烃总量90%以上的CH4，放电能量密度增高区域存在烃总量2%以下的C2H2时可以诊断为局部放电。
3、受潮故障
变压受到潮湿影响后，会产生大量的H2，但由于受潮故障与局部放电故障的气体表现存在较大的相似性，为了加强诊断的准确性，还需要根据外部检查等措施进行综合诊断。
四、变压器油色谱分析的具体诊断方法
1、油中溶解的CO和CO2的诊断方法
油中溶解的CO和CO2含量在新投运的变压器中具有较低的含量，通过科学的检测计算方法能够得到100μL/L以下的CO含量数据，以及数百至1000μL/L范围的CO2含量数据。在化学成分和吸气性方面，10%-20%是开放式变压器油的饱和含气量范围，经过空气与油的长期接触，会导致空气中的CO2在油中产生溶解，通常能够达到300μL/L左右。结合固体绝缘材料由于老化所产生的CO含量来看，当空气中逸散的CO含量高于固体绝缘材料产生的CO含量时，按照分配定律的科学公式CL=KCG进行分析，溶解系数为0.12的CO在空气中的浓度通常不超过2500μL/L，也就是在开放式变压器油中的CO溶解浓度是在300μL/L以下。而在密封的变压器设备中，也会由于泄露造成空气的渗入，导致CO2在封闭式变压器油中的含量与空气的比率相近，也就是固体绝缘材料的老化程度较为严重，这就需要针对油内含有的糠醛浓度进行针对性检测，再次对固体绝缘材料的老化趋势进行检验，当糠醛浓度超过运行年限的浓度注意值时，就能够确定固体绝缘材料的老化情况。
2、比值O2/N2的诊断方法
在开放式变压器中，存在空气与储油罐长期接触的问题，在封闭式变压器中，也存在一定的泄露可能性，所以在变压器油内都会产生02和N2的溶解。考虑到O2和N2在变压器油内的溶解度，能够通过O2/N2的比值对空气组成进行反映，通常比值为0.5。如果变压器油存在氧化或固体绝缘材料的老化问题，将会造成O2更快的消耗速度，并且更高于扩散速度，导致O2/N2的比值减小。但是实际的比值变化也会受到符合和保护系统的影响作用，尤其是当氧处于过度消耗状态时，O2/N2比值能够达到0.3以下。
3、比值C2H2/H2的诊断方法
通常变压器低能量放电产生的气体情况会与有载调压操作产生的气体情况达到相似的状态，当变压器载调压邮箱或储油罐与主油箱相通时，就可能会产生主油箱的油污染，进而导致对变压器故障诊断的误判。通过对主油箱气体含量的C2H2/H2比值检测，当比值高于2时，就能够明确有载调压导致的气体污染问题。且随着有载调压次数的增长和产生污染方式的变化，具体的气体比值和乙炔浓度值也会产生相应的变化，需要进行具体的测算。
结语
变压器故障将会对整个对电力系统造成较大的影响，为了加强对变压器故障的处理和防范，就需要加强对故障的准确诊断。变压器油色谱分析能够通过科学的理论基础和技术操作，基于变压器油的色谱情况对故障问题进行快速并准确的诊断，使变压器的维护和检修能够得到更加科学的指导，能够有效保障变压器的良好运行，也维护电力系统的良好运行。
参考文献
【1】杨婷. 减小变压器油色谱分析误差的方法略谈[J]. 科学与信息化, 2018(015):P.121-121.
【2】纪强. 变压器油色谱在线检测与故障诊断研究[J]. 百科论坛电子杂志, 2019(008):473-474.
【3】赵成久. 气相色谱分析在变压器故障诊断中的应用探讨[J]. 区域治理, 2019(001):184.