色譜分析在電力干式變壓器故障中的應用
摘要：氣相色譜是一種成熟的分析技術，已廣泛應用于醫藥、化工、軍事和電力行業。在電力行業的實際應用過程中，為了更準確地診斷干式變壓器的內部故障，色譜分析應根據設備的歷史運行狀況和特征氣體的含量采用不同的分析模型，以確定設備的運行是否正常或是否存在潛在故障和故障類別。
1.氣相色譜的原理
色譜，又叫色譜法，是一種物理分離技術。它的分離原理是將混合物中的成分分布在兩個相之間，其中一個相是固定相，稱為固定相，另一個相是驅動混合物流過這個固定相的流體，稱為流動相。氣相色譜的分離原理是不同的物質在兩相之間有不同的分配系數。當兩相相對運動時，樣品的成分在兩相中重復分布，使得分布系數只有微小差異的原始成分產生很大的分離效果，從而分離出成分。然后進入檢測器識別每個成分。這種利用兩相分布原理分離混合物中各組分的技術，稱為色譜分離技術或色譜法。
絕緣油是由H2、一氧化碳、二氧化碳和碳氫化合物組成的混合物。當干式變壓器內部發生故障時，分解的氣體溶解在干式變壓器油中，當故障嚴重時，也可能聚集成游離氣體。不同的斷層會產生不同的特征氣體，這些斷層氣體的組成和含量與斷層的類型和嚴重程度密切相關。通過分析油中溶解的氣體，可以盡早發現設備中的潛在故障，并隨時監控故障的發展。
2.干式變壓器的故障診斷
電力干式變壓器的內部故障主要包括過熱、放電和絕緣受潮。
過熱故障是由于設備絕緣性能的惡化和油等絕緣材料的開裂和分解造成的。分為裸機過熱和固體絕緣過熱。裸機過熱和固體絕緣過熱的區別是基于CO和CO2的含量，前者較低，后者較高。
放電故障是設備內部的電氣效應(即放電)，導致設備絕緣性能惡化。根據電效應，可分為高能放電(電弧放電)、低能放電(火花放電)和局部放電三種。它的特征氣體是乙炔和氫氣，其次是甲烷和乙烯。
干式變壓器絕緣受潮時，其特征氣體H2含量較高，而其他氣體成分沒有明顯增加。
3.色譜分析和診斷的基本程序
先看特征氣體的含量。應該根據特征氣體含量大致判斷。主要對應關系是：如果存在乙炔，應懷疑是電弧或火花放電；(2)氫氣量很大，應懷疑有水受潮的可能；總烴中烷烴和烯烴過多，炔烴很少或沒有是過熱的特征。
計算生成率，評估故障發展速度。
通過對氣體成分含量的分析，進行三比值計算，確定故障類別。
檢查設備的運行歷史，并通過其他測試進行綜合判斷。
4.油中主要氣體含量達到注意值時的故障分析方法
在判斷設備是否有故障時，先先將氣體分析結果中的幾個主要指標(H2、CH、C2H2)與色譜分析指南中規定的注意值進行比較。正常干式變壓器油中氣體和烴類氣體含量注意值：氣體成分H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2總烴：含量(升/升)150 60 40 70 5 150 #p#分頁標題#e#
任何一項內容超過關注值都要關注。但這些注意值并不是判斷設備是否有故障的唯一標準，不能取標準的死定。如果設備的氣體含量高于注意值，就不能斷言有故障，因為可能不是本體故障造成的，而是外界干擾造成的，所以要和歷史數據對比。如果沒有歷史數據，需要確定一個合適的檢測周期進行跟蹤分析。再比如，當氣體含量快速增加時，雖然低于注意值，但要跟蹤分析。也就是說，不要認為氣體含量一超過注意值就判斷為故障，甚至采取內部檢查、修理或限載等措施都是不經濟的。但當分析結果的絕對值超過規定的關注值(注意非故障原因引起的故障氣體的影響，避免誤判)，產氣率超過10%的關注值，則判定為故障。
注意該值不是干式變壓器停機的限值，可以根據具體情況判斷。如果不是電路(包括絕緣)問題，可以通過慢關機來檢查。
如果油中含有氫氣和烴類氣體，但沒有超過注意值，氣體成分含量一直比較穩定，沒有發展趨勢，則認為干式變壓器運行正常。
注意油中co和CO2的含量和比例。干式變壓器固體絕緣老化會產生一氧化碳和二氧化碳。同時，油中一氧化碳和二氧化碳的含量不僅與干式變壓器的運行壽命有關，還與設備結構、運行負荷和溫度等有關。指南不能規定統一的注意值。僅粗略考慮一下，敞開式干式變壓器中，CO含量小于300 l/L，CO2/CO比值約為7，屬于正常范圍。但密封干式變壓器中的CO2/CO比一般低于7，也是正常值。
5.故障示例
大唐獅泉水電廠#2變壓器110千伏，容量63000千伏安。干式變壓器于2007年5月投入運行，是一種新型干式變壓器。投產前各項指標符合家標準要求，投產后3天、10天和30天按要求取樣分析。運行10天后發現總烴、CO、CO2迅速增加，然后運行54天后直接接近關注值。主要特征氣體是甲烷、乙烯和乙烷，其次是氫氣和少量乙炔。由三比值法判斷，700以上過熱故障可能是由于線夾松動或接頭焊接不良，或絕緣材料受熱受潮不合格所致。由于水電是夏季發電的高峰期，負荷也極大地保證了設備的安全經濟運行，并采取了降低負荷、每天采樣、持續跟蹤監測等措施。另外，高壓試驗沒有發現問題。監測數據如下：
1來源：全球市場信息先驅報
