（衢州职业技术学院浙江衢州324000）
摘要：变压器油中溶解气体分析技术基于油中溶解气体类型与内部故障的对应关系，分析在变压器故障发生的各个时期产生的可燃气体种类和特征，针对不同类型的故障给出了相应的判定方法与依据，诊断其故障类型、大概部位、严重程度和发展趋势，通过油中气体分析，对早期诊断变压器内部故障和故障性质提出针对性防范措施，具有极为重要的指导意义。
关键词：变压器；故障检测；气体分析
1.引言
变压器油中溶解气体分析技术基于油中溶解气体类型与内部故障的对应关系，采用气相色谱仪分析溶解于油中的气体，根据气体的组成和各种气体的含量判断变压器内部有无异常情况，诊断其故障类型、大概部位、严重程度和发展趋势，通过油中气体分析，对早期诊断变压器内部故障和故障性质提出针对性防范措施，及时有效的监测手段能够预防变压器发生重大电力系统故障，并对一些潜伏性故障进行诊断分析具有重大意义。
2变压器典型的内部故障
充油电力变压器内部的故障模式主要是机械、热和电三种类型，其中以后两者为主，并且机械性故障常以热或电故障的形式表现出来。对359台故障变压器实例统计得知过热性故障和高能放电故障是变压器故障的主要类型，分别占总数的53%和18.1%，其次分别是过热兼高能放电故障、火花放电故障和受潮或局部放电故障，根据故障的原因及严重程度将变压器的典型故障分为6种，各种故障类型及其可能的原因列于表1。
表1电力变压器的典型故障
3基于油中溶解气体分析的故障诊断方法
充油电力变压器在长期的运行过程中受到电或热的作用会老化和劣化，产生少量的气体。当变压器存在热或电故障时，产生气体的速度要加快，如果产生的气体导致油中溶解气体饱和，气体就会进入气体继电器，导致变压器报警。
表2充油电力变压器不同故障类型时产生的气体
3.1判断变压器是否有故障的方法
判断变压器是否有故障的方法有根据气体浓度判断变压器是否故障的方法、根据绝对产气速率判断变压器是否故障的方法和根据相对产气速率判断变压器是否故障的方法。
（1）根据气体浓度判断变压器是否故障的方法
正常运行情况下，充油电力变压器在受到电和热的作用会产生一些氢气、低分子烃类气体及碳的化合物。当变压器发生故障时气体产生速度要加快，所以根据气体的浓度可以在一定程度上判断变压器是否发生故障，人们总结的变压器运行过程中气体浓度的注意值如表3所示。
表3变压器投运前后气体浓度的注意值（μL/L）
（2）根据产气速率判断变压器是否故障的方法
为及时发现虽未达到气体含量的注意值，但却有较快的增长速率的低能量潜伏性故障，还必须考虑故障部位的产气速率。
绝对产气速率：
（1）
式中——绝对产气速率，mL/天；Ci，2——第二次取样测得油中某气体浓度，μL/L；Ci，1——第一次取样测得油中某气体浓度，μL/L；——两次取样间隔中实际运行时间，天；m——设备的总油量，t；——油的密度，t/m3。
相对产气速率：
（2）
式中——相对产气速率，%/月；Ci，2——第二次取样测得油中某气体浓度，μL/L；Ci，1——第一次取样测得油中某气体浓度，μL/L；——两次取样间隔中实际运行时间，月。根据以上公式可计算出某种气体的绝对和相对产气速率，表4列出了几种特征气体的绝对产气速率注意值：
表4绝对产气速率的注意值单位：mL/天
根据总烃含量、产气速率判断故障的方法：
（1）总烃的绝对值小于注意值，总烃产气速率小于注意值，则变压器正常；
（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。
3.2判断变压器故障类型的方法
在判断变压器是故障后，就可以利用判断变压器故障类型的方法判断变压器所属的故障类型了。判断变压器故障类型的方法主要有特征气体法和比值法，比值法又包括有编码的比值法和无编码的比值法，有编码的比值法包括IEC三比值法等。
（1）特征气体法
变压器油中溶解的特征气体随着故障类型及严重程度的变化而变化，特征气体法就是根据油中各种特征气体浓度来判断变压器故障类型的一种方法，特征气体法对故障性质有较强的针对性，比较直观、方便，缺点是没有量化。表5描述特征气体与变压器内部故障的关系。
表5特征气体浓度与变压器内部故障的关系
（2）IEC三比值法
表6三比值法的编码规则
根据充油电气设备内油、纸绝缘在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系，从5种气体中选择两种溶解度和扩散系数相近的气体组分组成三对比值，以不同的编码表示，根据比值的编码判断变压器所属的故障类型。三比值法原理简单、计算简便且有较高的准确率，在现场有着广泛的应用。三比值法中各种气体针对的是变压器本体内的油样，对气体继电器中的油样无效，只有根据气体各组分含量的注意值或气体增长率的注意值有理由判断变压器存在故障时，气体比值才是有效的，对于正常的变压器比值没有意义。同时三比值法还存在一些不足，比如实际情况中可能出现没有对应比值编码的情况、对多故障并发的情况判断能力有限、不能给出多种故障的隶属度、对故障状态反映不全面。
表7故障类型判断方法
（3）无编码的比值法
三比值方法存在着找不到对应故障类型的情况，有学者提出一种“无编码比值法”，该方法在一定程度上解决了三比值法故障编码缺少，有的故障用三比值法无法诊断的问题。无编码比值法故障诊断方法如表8所示。
表8无编码比值故障诊断方法
4.结论
充油电力变压器在正常运行过程中受到热、电和机械方面力的作用下逐渐老化，产生某些可燃性气体，当变压器存在潜伏性故障时，其气体产生量和气体产生速率将逐渐明显，人们取变压器油样使用气相色谱方法获得油中溶解的特征气体浓度后，就可以对变压器的故障情况进行分析。由于大型充油电力变压器是一个非常复杂的电气设备，变压器存在潜伏性故障时与多种因素存在耦合，特征气体形成涉及的机理十分复杂，这些机理及由这些机理导出的诊断方法对智能诊断方法有很好的借鉴意义。
参考文献：
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作者简介：
周明安（1974-），男，浙江江山人，衢州职业技术学院副教授，主要从事液压与气动研究。
基金项目：浙江省教育厅一般科研项目（Y201636205）资助。