运行中变压器油色谱分析

异常与解决对策

王海军

（河北大唐国际王滩发电有限责任公司）

摘要：对运行变压器油中氢气含量超标出现的原因进行了详细分析，并提出了氢气含量超标的滤油工艺及防止二次污染的源头控制、过程控制及关键点控制。

关键词：变压器油；色谱分析；热油循环；二次污染

1　前言

运行中的变压器油气相色谱分析，以检测变压器油中气体的组成和含量，是早期发现变压器内部故障征兆和掌握故障发展情况的一种科学方法。特征气体的出现与变压器运行中的实际状况及在处理中的工艺有关，处理工艺粗糙可能造成变压器油的二次污染。

本文根据实际运行变压器中出现氢气含量超标的具体情况，分析了产生气体的原因并提出了变压器热油循环的处理工艺，防止变压器油二次污染的要点。

2　变压器油中氢气含量超标、二次污染实例

我公司#1高压厂用公用变压器（以下简称#1高公变）于20##年10月1日并网运行，在运行中，根据预防性试验规程对各变压器进行了油色谱跟踪分析，发现#1高公变的氢气值出现过含量超过注意值： H₂≤150μL/ L ，具体测量数值见表一：

表一   #1高公变氢气测量值表（μL/ L）

对#1高公变进行热油循环后的色谱分析中，虽然氢气含量达到标准但在油中又检测到痕量乙炔，见表二

表二　#1高公变氢气、乙炔测量值（μL/ L）

再次热油循环后氢气、乙炔均在标准之内。

3　#1高公变油中氢气超标及二次污染原因分析

当变压器油中氢气含量超过注意时，人们根据多年的运行经验及文献[1]中指出：

（1）当变压器出现局部过热时，随着温度的升高，氢气（H₂）和总烃气体明显增加，但乙炔（C₂H₂）含量极少。

（2）变压器内部出现放电故障也会出现氢气（H₂）。局部放电（能量密度一般很低），产生的特征气体主要是氢气氢气（H₂），其次是甲烷（CH₄）,并有少量乙炔（C₂H₂），但总烃值并不高；火花放电（是一种间歇性放电，其能量密度一般比局部放电高些，属低能量放电）时，乙炔（C₂H₂）明显增加，气体主要成分时氢气（H₂）、乙炔（C₂H₂）；电弧放电（高能放电）时，氢气（H₂）大量产生，乙炔（C₂H₂）亦显著增多，其次是大量的乙烯、甲烷和乙烷。

对于文献[1]中的阐述具有很强的理论性，变压器油是由烷烃、环烷烃和芳香烃等组成^[3]的结构复杂的液态烃类混合物。当变压器内发生放电现象，油中的烷烃、环烷烃和芳香烃等烃类混合物发生分解，不同能量的放电产生的特征气体并伴有其他气体产生，根据产生的特征气体可以判断变压器内部发生的具体故障。

三比值法^[1]是利用气象色谱分析结果中五种特征气体的三个比值（C₂H₂/C₂H₄、CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₆）来判断变压器内部故障性质。根据三比值法的编码规则，三比值法计算结果见表三

表三　三比值法计算结果

从表中特征值0、1、0判定氢气超标的原因为高湿度引起孔穴中的放电，而引起高湿度的原因在变压器生产过程中绝缘材料干燥彻底的情况下只有变压器运行中水分的进入。

所以根据我厂#1高公变在安装、运行过程中的具体情况对变压器油中氢气含量超标、乙炔二次污染分析如下：

（1）#1高公变在电建安装过程中曾出现过气体继电器伸缩节法栏处渗油情况，于20##年10月10日更换新伸缩节后，渗油情况解决。在气体继电器伸缩节渗油期间水分、空气从渗油处进入变压器内，导致高公变在运行过程中油中氢气含量超出注意值。20##年2月5日对高公变进行热油循环48小时后，再检测氢气含量为9.99μL/ L，氢气含量超标问题解决。

（2）而乙炔的产生是由于使用的滤油机在滤油之前未对滤油机内部用合格变压器油进行冲洗，而且之前滤油机滤过其他油质。带内部残油进行滤油后的色谱分析里又出现3.23μL/ L的乙炔。重新滤油后再次做色谱分析，油内氢气、乙炔含量合格：氢气4.57μL/ L，乙炔0.00μL/ L。

4  热油循环措施及防止二次污染的简单办法

当变压器油色谱分析中发现油中含有大量特征气体，查明特征气体产生的原因时，采取有效的办法将受污染的变压器油过滤、循环使之成为合格的变压器油是刻不容缓的事情。对于小容量的变压器采取热油循环的方法进行滤油是简单而有效的一种方法，下面简单介绍热油循环方法及过程中的注意事项。

4.1　热油循环方法

变压器进行热油循环，循环时间不得小于24小时。关闭冷却器与本体之间的阀门，打开油箱与储油柜之间的蝶阀。将油从油箱下部抽出，经真空滤油机加热到约60°C左右（根据真空滤油机的允许工作温度而定），再从油箱的上部回到油箱。每4小时打开一组冷却器运行10分钟，这样周而复始地进行，在循环48小时以后，测定油中含水、含气量应满足要求：含水量≤10ppm，总烃≤150µL/L,C2H2≤5µL/L，H₂≤150µL/L^[2]。热油循环结束后，变压器处于静放阶段，变压器静置24小时以上进行电气强度试验，电气强度≥60kV/2.5mm。

补油时，松开气体继电器处封板，关闭注油阀，拆下进油管。再在储油柜进油管上接上油管，关闭储油柜集气室的排气、排油阀门，打开储油柜顶上的放气塞，用真空滤油机打油，向升高座和储油柜等处补油。在向储油柜补油时,要不断用非金属圆头棒从放气塞孔插入轻轻的拨动。以防止气塞胶囊被阻挡。避免出现假油位现象。当储油柜内的油从放气孔溢出时，应立即停止注油，关闭注油管路阀门，静置10分钟，旋上放气塞。打开集气室的排气阀门和升高座等处的所有放气塞,，排出集气室和升高座等内的气体，随后关闭排气管路阀门。打开排油管路阀门，将储油柜内的变压器油放到干净的容器内。使油表指示的油面与当时实测油温下所要求的油位面相符。

4.2　注意事项

4.2.1　在滤油时，要用专用的变压器油真空滤油机，防止和其他油质混合，切断变压器油二次污染的源头；

4.2.2　在滤油前，确定滤油机内是否有上次滤油时遗留的残油，如果有残油，必须用合格的变压器油对其进行冲洗，将残油彻底排出滤油机外，这是防止变压器油二次污染的关键；

4.2.3　在滤油过程中，检查滤油机的管路、阀门及滤油机与变压器进、出油阀门接口是否漏油，防止空气、水分进入变压器油中，进行滤油中的过程控制；

4.2.4　在滤油过程中注入的油温宜高于器身温度，注油速度不宜大于100L/min。注意监视滤油机出口温度，出口温度不应低于50℃，经过循环后的油应达到下列标准：含水量≤10ppm，总烃≤150µL/L,C2H2≤5µL/L，H₂≤150µL/L，电气强度≥60kV/2.5mm，介损≤0.5％（90℃），进行热油循环中的关键点控制。

通过上述的源头控制、过程控制及关键点控制既保证了热油循环后得到合格的变压器油又可以防止变压器油在热油循环中受到二次污染，是值得向大家推荐的变压器油控制方法。

5　结论

变压器油的气相色谱分析为大家提供了早期发现变压器内部故障征兆和掌握故障发展情况的一种科学方法，当色谱分析中发现特征气体含量超过注意值时，在应用判断故障性质的三比值法^[1] 的同时还要根据变压器运行中出现过的可能原因进行分析，防止结论严重化。

本文根据色谱分析的科学方法结合实际变压器运行情况找出了#1高公变氢气含量超标的原因，提出了热油循环的解决方法，并提出了热油循环中防止变压器油二次污染的源头控制、过程控制及关键点控制。

6　结束语

电力变压器油中特征气体的出现是多年变压器运行中的一个普遍存在的问题。本文所述观点难免有局限性，希望各专业人士从实际情况出发，理论结合实际，切实解决好变压器油中特征气体及二次污染问题。 

参考文献：

[1] 600MW火力发电机组培训教材－电气设备及其系统。中国电力出版社，2002

[2] 电力设备交接和预防性试验规程。 中国大唐集团公司，2005

[3] 电力用油实用技术[M]。中国水利电力出版社，1998                                                   

 

第二篇：变压器油色谱在线监测系统

变压器油色谱在线监测系统

1、设备概述

变压器油色谱在线监测系统是用于电力变压器油中溶解气体的在线分析与故障诊断，适用于110kV及以上电压等级的电力变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等油浸式高压设备。目前电力行业普遍采用定期检测变压器油色谱的方法，来判断变压器的运行状况。这种定期的色谱分析方法虽然能定量的获取变压器油中故障气体的含量，但由于受到检测周期的影响很难及时地发现变压器的潜伏性，并且检测过程复杂，要求相关人员的理论修养比较高，给监测工作的开展和普及带来了不小的难度。在高电压等级变压器上引进先进的变压器油色谱在线监测系统，可有效保证变压器运行的安全性和可靠性，实现变压器实时运行状态监控。由于色谱分析技术能够发现油浸式电力变压器运行过程中的潜伏性故障，该产品利用在线监视技术实现变压器油色谱的在线监视。可及时发现电力变压器运行过程中的潜在故障，形成完善可靠的分析报告。该系统采用单一气敏传感器可以同时检测出变压器油中溶解的氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔含量。

2、油浸变压器故障气体的产生分析

1 产生故障气体的主要原因

(1) 电晕和火花放电；

(2) 局部或大面积过热。

2 故障气体的来源

(1) 纤维过热分解产生CO、CO2和H2O；

(2) 纤维的热解产生焦碳和H2O、CO2和CO；

(3) 变压器油过热时释放CO2和H2O，超过500℃时，释放乙烯、乙烷、甲烷。当

油承受极大的电应力(如电弧)作用时，则释放下列气体：氢、乙炔、甲烷、乙烯。 其中，H2和CO是重要的故障气体，随温度的变化最明显，溶解度较低，是

气相色谱分析系统主要的检测对象。

3、设备参数

4、JH-02变压器油色谱在线监测系统组成

JH-02变压器油色谱在线监测系统由现场监测单元（色谱数据采集装置JH-02-01）、主控室单元（数据处理服务器JH-02-02）级监控软件（监测与预警软件JH-02-V.03）组成。现场监测单元即色谱数据采集装置由油样循环采集单元、油气分离单元、气体监测单元、数据采集单元、现场控制处理单元、通讯控制单元及辅助单元组成。其中辅助单元包括至于色谱数据采集器内的载气，变压器接口、油管及通信电缆等。

5、JH-02变压器油色谱在线监测系统工作原理

JH-02变压器油色谱在线监测系统工作时，先利用油样采集单元进行油路循环，处理连接管道的死油，再进行油样定量；油气分离单元快速分离油中溶解气体输送到六通阀的定量管内并自动进样；在载气推动下，样气经过色谱柱分离，顺序进入气体检测器；数据采集单元完成AD数据的转换和采集，嵌入式处理单元对采集到的数据进行存储、计算和分析，并通过RS485/100M以太网接口将数据上传至数据处理服务器，最后由JH-02-03检测与预警软件进行数据处理和故障分析。

6、运行规定

1、禁止在JH-02变压器油色谱在线监测系统数据服务器上安装不相关应用软

件或游戏，不要随意改动网络、计算机名等相关设置

2、在系统投运后，JH-02系统在变压器上的进出油口阀门必须是打开状态，不

能关闭。

3、运行人员在巡视是如发现与JH-02系统的两根油管严重漏油或油管等处破

裂，请及时关闭在变压器上两个阀门并切断数据采集装置电源，通知相关负责人员。

4、禁止漆刷传感器。

5、禁止将传感器置于烃类化合物附近；

6、禁止用溶剂清洗传感器；

7、在变压器大修时，应将传感器从阀门上拆下，以免由于变压器抽真空使传

感器透气膜处于负压状态而损坏，如遇排油、注油或热油循环时应将传感器前的阀门关闭；

8、在拧松放油螺钉前禁止拆卸传感器；

9、电子箱处应无振动，否则应加防振垫圈；

7、巡视检查

1、相关人员应定期巡视，根据采样方式与时间定期查看数据是否正常；

2、在进行电源切换时应及时检查系统工作是否正常；

3、巡检载气使用情况（载气压力表指示）；

4、检查气路油路密封性；

5、检查近处油口阀门处于常开状态；

8、数据采集指示灯、仪表说明

1、绿色指示灯：数据采集装置面板上有一个绿色指示灯，绿色指示灯亮代表数

据采集装置处于运行状态；

2、红色指示灯：数据采集装置面板上有一个红色灯为设备电源指示灯。该灯亮

表示数据采集装置处于电源开启状态：

3、黄色指示灯：数据采集装置面板上有一个红色灯为设备报警指示灯，该灯亮时表示数据采集装置处于告警状态。具体的告警内容可以从数据处理服务器中得知，现场处理需将采集装置手动开关电源复位，若复位后不能解除警报状态，届时通知相关负责人或厂家技术人员。

隔离开关电动操作机构

1、概述

CJ6型电动机构系三相AC380V异步电动机驱动，通过齿轮及蜗轮蜗杆减速的操动机构。它主要用来操作500kV及以下户外高压隔离开关和接地开关。

CJ6型电动机构配有手柄，可以再现场进行手动操作。

产品使用条件：

1）环境温度不高于﹢40℃，不低于﹣30℃，高寒地区不低于﹣40℃。

2）相对湿度不大于90％（﹢25℃时）。

3）地震烈度不大于8度

4）不能使用在有严重化学腐蚀、盐雾、可燃性气体及剧烈震动的场所。

5）不能用于非水平安装的场所。

2、设备参数

3、机构和工作原理

1、结构

CJ6型电动机构系电动机驱动，通过一套机械减速装置将力矩传递给机构主轴，安装时借助于钢管连接使隔离开关主轴刀或接地刀分合闸。电动机机构由电动机、机械减速传动系统，电气控制系统及箱壳组成。

电动机为三相交流异步电动机。机械减速传动系统包括齿轮、蜗杆、蜗轮及输出主轴。蜗杆端部为方轴，以便装手动摇柄进行手动操作。为使传动灵活和提高机械可靠性，在蜗杆及齿轮两端支撑处装有滚动轴承。

电气控制部分包括低压断路器、控制按钮（分、合、停各一个）、旋转开关（就地∕远方选择）、交流接触器、行程开关、辅助开关及加热器等。

1、低压断路器（电源开关）型号为3VE1型，具有过载及短路保护功能，可对整个控制回路及电动机进行保护。

2、行程开关与机构限位缓冲装置装在一起，当机构分合闸到位后用来切断控制回路，使电动机停车。

3、辅助开关具有6常开6常闭触头，主要供用户电气连锁及信号指示用，触头对数也可根据用户要求供应。

4、为了保证手动操作人员安全，机构装设了手动闭锁开关，当要插入手柄进行手动操作时，需先将手动闭锁开关打开，切断电动控制电源，方可进行手动操作，这样可防止手动操作时，电动机突然工作使手柄旋转伤人。

5、为防止机构箱内电气控制元件受潮和在寒冷情况下操作，机构内装设了功率为100W的电阻加热器，由旋转开关控制，供运行人员在必要时使用。

2、工作原理

1、通过电气控制系统控制电动机，电动机1两队齿轮传递给蜗杆、蜗轮，带动输出主轴转动。减速系统是三级减速，第一二级是齿轮减速，第三级是蜗杆蜗轮减速。齿轮减速使用规格不同的齿轮可组成两种传动比，故使总的传动也有两种，第一种使用电动机构分闸或合闸一次动作时间为7.5s（180°）或3.75s（90°），第二种使电动机机构分闸或合闸一次动作时间为3.5s（180°）。

2、电气控制原理：机构分、合闸按钮（或远方控制）控制接触器，接触器控制电动机，终止位置依靠行程开关切断控制电路。“停”按钮供异常情况时紧急停止使用。

3、操作就地∕远方选择开关，可以实现就地操作时不能进行远方控制操作及远方控制操作时不能进行就地操作的转换。

4、为了避免电动机过载，机械卡死或发生其他意外情况时烧坏电动机，本机构装有低压断路器，对电动机进行保护。低压断路器电流整定值范围为

1.6-2.5A。

4、使用与维护

1、使用

使用时注意如下几项：

1）当进行手动操作时，必须将手动闭锁开关的挡板打开，切断控制回路，

此时方可插上手柄。手动操作后，应将挡板复位，否则控制回路五电源无法进行电动（或远动）操作。

2）需要投入加热器时，接通旋钮开关即可，当不使用时，应予切断。

2、维护

投入运行后应每年定期检修一次，主要检查下列几项：

1）用手柄操作机构检查各转动部分是否灵活，辅助开关和行程开关能否正常

切换。

2）所有接连间、紧固件有无松动现象。

3）控制回路导线，二次电气元件有无损坏，接触是否良好。

4）齿轮、蜗轮、蜗杆、定位键等主要零部件有无损坏。