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色谱检测中总烃超标的典型故障分析

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  摘要:利用气相色谱法监测充油带电设备运行已是一项较成熟的分析技术,能够对运行中的变压器进行实时监测,通过采集变压器箱体内的少量油样,分析油中气体的组分及其含量,判断变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位。从而保障发、供电设备的安全经济运行。

  关键词:变压器故障 气相色谱法 运用

  充油电力设备在运行中经常受到各种过电压的袭击和因运行中负荷的变化、绝缘受潮、油质劣化等的影响,在绝缘中常会造成残留缺陷。尤其是在雷电过电压和操作过电压的作用下,会使绝缘受到不同程度的损伤。因此,及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障苗头,对保证变压器安全、可靠、优质运行有十分重要的意义。

  1 气相色谱法的原理

  色谱法又叫层析法,它是一种物理分离技术。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的,叫做固定相,另一相则是推动混合物流过此固定相的流体,叫做流动相。当流动相中所含的混合物经过固定相时,就会与固定相发生相互作用。由于各组分在性质与结构上的不同,相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下,不同组分在固定相中的滞留时间有长有短,从而按先后秩序从固定相中流出,这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术,称为色谱分离技术或色谱法。

  当载气携带着不同物质的混合样品通过色谱柱时,气相中的物质一部分就要溶解或吸附到固定相内,随着固定相中物质分子的增加,从固定相挥发到气相中的试样物质分子也逐渐增加,也就是说,试样中各物质分子在两相中进行分配,最后达到平衡。这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程,称分配过程。分配达到平衡时,物质在两相中的浓度比称分配系数,也叫平衡常数,以K表示,K=物质在固定相中的浓度/物质在流动相中的浓度,在恒定的温度下,分配系数K是个常数。

  由此可见,气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数,当两相作相对运动时,试样的各组分就在两相中经反复多次地分配,使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果,从而将各组分分离开来。然后再进入检测器对各组分进行鉴定。

  众所周知,绝缘油是由H2、CO、CO2、烃类等成分组成的混合物。当变压器内部发生故障时,其初期会分解出各种气体,溶解于变压器油中,当故障严重时,也可能聚集成游离气体。各种气体产生的条件不同,如局部放电,通过离子反应、断裂主要生成H2,通过积累重新化合成甲烷、乙烯、乙烷、乙炔等气体,重新化合时分别需要各自的温度和能量。一般说来,乙烯是在高于甲烷和乙烷的温度(大约500℃)下生成的,乙炔一般是在800℃~1200℃的温度下生成的,而且当温度降低时反应被迅速抑制,作为重新化合的产物而积累。因此,大量的乙炔是在电弧中产生的。在变压器油与空气起氧化反应时,伴随生成CO、CO2,并且CO和CO2能长期积累,成为数量显著的气体。这些分解出来的气体形成气泡在变压器油中经对流扩散,不断的溶解在油中。

  不同的故障会产生不同的主要特征气体和次要特征气体,这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。分析溶解于油中的气体,就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障,并可随时监视故障的发展状况。因此,国家规程对于变压器油中各种气体的含量有着明确而严格的要求。特别是对于乙炔,它是反映故障放电的主要指标,一旦出现,就可能是变压器内部严重故障的反应。因此对于变压器油中乙炔的含量应严格要求和追踪。对于出现含乙炔的变压器油的变压器,应严格按规定进行追踪分析判断,并结合电气试验,对变压器内部运行做出正确的分析判断。当变压器油中的油气组分超标时,我们可以认为其设备内部就可能存在故障。气相色谱技术的运用充分解决了这一难题。变压器油气的色谱分析及色谱追踪试验,能够真实有效的反映设备的运行情况,对于尽早发现设备内部过热或放电性故障,及早预防保证设备的正常运行,有着重要的作用。

  2 故障实例

  实例1.天津市电力公司高压供电公司所管辖的唐官屯4号主变是220KV的变压器,其变压器容量为120000KVA,该变压器于2002年4月18日发现色谱总烃含量超标,其特征气体组分以乙烯为主,其次是甲烷、乙烷、氢气。利用三比值法判断:结论为高于700℃的过热性故障,可能由于分接开关接触不良,引线夹件螺丝松动或接头焊接不良等因素所致。为保障设备安全经济运行,采取降低负荷,连续跟踪监测等措施,监测数据如下表1:

  表1唐官屯4号主变气相色谱分析数据

  唐官屯4号主变于2003年4月18日经大修解体后,发现调压线圈第5有载分接开关的引线接头处螺丝松动并有烧痕。与气相色谱分析试验结果判断的结论完全吻合。

  实例2.天津市电力公司滨海供电分公司所管辖的孟港后1号主变是沈阳变压器厂1990年1月生产的,型号为:OSFPS7-120000/220,于1992年1月投入运行,于2004年3月11日发现色谱总烃超标,利用三比值法判断:结论为高于700℃的过热性故障,可能由于分接开关接触不良,引线夹件螺丝松动或接头焊接不良等因素所致。为保障设备安全经济运行,采取降低负荷,连续跟踪监测等措施,监测数据如下表2:

  表2孟港后#1号主变气相色谱分析数据

  孟港后#1主变经检查发现设备套管内部缺油,退出运行。防止了事故的发生。

  3 总结

  众所周知,任何事故都有一个产生、发展的过程,也就是从量变到质变的过程。变压器内部的绝缘油、纸、布、漆和木头等绝缘材料都为碳氢化合物或碳水化合物,在分子结构中碳氢键(C-H)最多,其键能最低,因此在分解时最容易断裂;而氢气的生成热最小,因此在碳氢键断裂后氢气最易生成;又因为氢气的分子半径最小,在油中的溶解度也最小,使氢气最容易从油中析出后渗透过高分子膜,使其以最快的速度集聚到气相中。因此,故障表现为烃类气体含量增大,其中以甲烷和乙烯为主,两者含量之和占总烃的80以上。当故障点的温度较低时,甲烷为主要特征气体,故障点的温度升高,乙烯所占比例增加,也成为特征气体的主要部分,同时油中氢气含量也随之增加。由于氢气极易泄漏,无论从取样到试验的各个操作环节,都有可能或多或少带来分析误差。至使氢气含量不是很高。

  在利用气相色谱连续检测充油电气设备内部故障的过程中,如果发现油中各种气体的含量中有一项达到了注意值范围时,应开始引起注意,采取措施配合进行其它电气试验等,以便对设备有无异常作出分析和判断。当试验结果中一项超过注意值上限时,应采取措施,尽早停止运行,并用其它试验进行验证,进一步找出故障点,防止事故扩大。

  用气相色谱法对充油电气设备油中气体含量的分析,能判明设备存在的故障,更重要的是分析判断故障的性质,是过热性故障还是放电性故障及故障的大概部位是在裸金属部分还是介入了固体绝缘,从而进一步估计故障的危害性,以便及时采取措施,作出正确处理,防患于未然。

  综上所述,利用气相色谱分析变压器油的气体组分及其含量,能够使技术人员充分掌握并监测变压器的运行状态,能够提前知道变压器内部是否存在潜伏性故障,即在变压器运行中(不停电、不吊芯的情况下),通过常规检测及色谱分析就可以把变压器内有无故障、有什么样性质的故障诊断出来,这对于变压器的维护保养起到关键性的指导作用,从而更好地保证电力设备的安全经济运行。

  参考文献

  [1]电力设备预防性试验规程.中国电力出版社(DL/T596-1996)

  [2]变压器油中溶解气体分析和判断导则.(GB/T7252-2001)

  [3]电力用油(气)实用技术问答.中国水利水电出版社

 

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