色谱分析在电力干式变压器故障中的应用
摘要：气相色谱是一种成熟的分析技术，已广泛应用于医药、化工、军事和电力行业。在电力行业的实际应用过程中，为了更准确地诊断干式变压器的内部故障，色谱分析应根据设备的历史运行状况和特征气体的含量采用不同的分析模型，以确定设备的运行是否正常或是否存在潜在故障和故障类别。
1.气相色谱的原理
色谱，又叫色谱法，是一种物理分离技术。它的分离原理是将混合物中的成分分布在两个相之间，其中一个相是固定相，称为固定相，另一个相是驱动混合物流过这个固定相的流体，称为流动相。气相色谱的分离原理是不同的物质在两相之间有不同的分配系数。当两相相对运动时，样品的成分在两相中重复分布，使得分布系数只有微小差异的原始成分产生很大的分离效果，从而分离出成分。然后进入检测器识别每个成分。这种利用两相分布原理分离混合物中各组分的技术，称为色谱分离技术或色谱法。
绝缘油是由H2、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物组成的混合物。当干式变压器内部发生故障时，分解的气体溶解在干式变压器油中，当故障严重时，也可能聚集成游离气体。不同的断层会产生不同的特征气体，这些断层气体的组成和含量与断层的类型和严重程度密切相关。通过分析油中溶解的气体，可以尽早发现设备中的潜在故障，并随时监控故障的发展。
2.干式变压器的故障诊断
电力干式变压器的内部故障主要包括过热、放电和绝缘受潮。
过热故障是由于设备绝缘性能的恶化和油等绝缘材料的开裂和分解造成的。分为裸机过热和固体绝缘过热。裸机过热和固体绝缘过热的区别是基于CO和CO2的含量，前者较低，后者较高。
放电故障是设备内部的电气效应(即放电)，导致设备绝缘性能恶化。根据电效应，可分为高能放电(电弧放电)、低能放电(火花放电)和局部放电三种。它的特征气体是乙炔和氢气，其次是甲烷和乙烯。
干式变压器绝缘受潮时，其特征气体H2含量较高，而其他气体成分没有明显增加。
3.色谱分析和诊断的基本程序
先看特征气体的含量。应该根据特征气体含量大致判断。主要对应关系是：如果存在乙炔，应怀疑是电弧或火花放电；(2)氢气量很大，应怀疑有水受潮的可能；总烃中烷烃和烯烃过多，炔烃很少或没有是过热的特征。
计算生成率，评估故障发展速度。
通过对气体成分含量的分析，进行三比值计算，确定故障类别。
检查设备的运行历史，并通过其他测试进行综合判断。
4.油中主要气体含量达到注意值时的故障分析方法
在判断设备是否有故障时，先先将气体分析结果中的几个主要指标(H2、CH、C2H2)与色谱分析指南中规定的注意值进行比较。正常干式变压器油中气体和烃类气体含量注意值：气体成分H2 CH4 C2H6 C2H4 C2H2总烃：含量(升/升)150 60 40 70 5 150 #p#分页标题#e#
任何一项内容超过关注值都要关注。但这些注意值并不是判断设备是否有故障的唯一标准，不能取标准的死定。如果设备的气体含量高于注意值，就不能断言有故障，因为可能不是本体故障造成的，而是外界干扰造成的，所以要和历史数据对比。如果没有历史数据，需要确定一个合适的检测周期进行跟踪分析。再比如，当气体含量快速增加时，虽然低于注意值，但要跟踪分析。也就是说，不要认为气体含量一超过注意值就判断为故障，甚至采取内部检查、修理或限载等措施都是不经济的。但当分析结果的绝对值超过规定的关注值(注意非故障原因引起的故障气体的影响，避免误判)，产气率超过10%的关注值，则判定为故障。
注意该值不是干式变压器停机的限值，可以根据具体情况判断。如果不是电路(包括绝缘)问题，可以通过慢关机来检查。
如果油中含有氢气和烃类气体，但没有超过注意值，气体成分含量一直比较稳定，没有发展趋势，则认为干式变压器运行正常。
注意油中co和CO2的含量和比例。干式变压器固体绝缘老化会产生一氧化碳和二氧化碳。同时，油中一氧化碳和二氧化碳的含量不仅与干式变压器的运行寿命有关，还与设备结构、运行负荷和温度等有关。指南不能规定统一的注意值。仅粗略考虑一下，敞开式干式变压器中，CO含量小于300 l/L，CO2/CO比值约为7，属于正常范围。但密封干式变压器中的CO2/CO比一般低于7，也是正常值。
5.故障示例
大唐狮泉水电厂#2变压器110千伏，容量63000千伏安。干式变压器于2007年5月投入运行，是一种新型干式变压器。投产前各项指标符合家标准要求，投产后3天、10天和30天按要求取样分析。运行10天后发现总烃、CO、CO2迅速增加，然后运行54天后直接接近关注值。主要特征气体是甲烷、乙烯和乙烷，其次是氢气和少量乙炔。由三比值法判断，700以上过热故障可能是由于线夹松动或接头焊接不良，或绝缘材料受热受潮不合格所致。由于水电是夏季发电的高峰期，负荷也极大地保证了设备的安全经济运行，并采取了降低负荷、每天采样、持续跟踪监测等措施。另外，高压试验没有发现问题。监测数据如下：
1来源：全球市场信息先驱报
