目前，變壓器故障診斷中，單靠電氣試驗(yàn)方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷，而通過變壓器油中氣體的色譜分析這種化學(xué)檢測(cè)的方法，對(duì)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部的某些潛伏性故障及其發(fā)展水平的早期診斷非常靈敏而有效，這已為大量故障診斷的實(shí)踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的發(fā)生速率隨溫度而變化，特定溫度下，往往有某一種氣體的產(chǎn)氣率會(huì)出現(xiàn)最大值;隨著溫度升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依次為甲烷、乙烷、乙烯、乙炔。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對(duì)應(yīng)的關(guān)系。而局部過熱、電暈和電弧是導(dǎo)致油浸紙絕緣中發(fā)生故障特征氣體的主要原因。變壓器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，由于油和固體絕緣會(huì)逐漸老化、蛻變，分解出極少量的氣體(主要包括氫、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等多種氣體)當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或內(nèi)部絕緣受潮時(shí)，這些氣體的含量會(huì)迅速增加。故障類型：油過熱：主要增大的――CH4C2H4主要增大的――H2C2H6油紙過熱:主要增大的――CH4C2H4COCO2主要增大的――H2C2H6油紙中局放:主要增大的――H2CH4C2H2CO主要增大的――C2H6CO2油中火花放電：主要增大的――C2H2H2油中電弧：主要增大的――H2C2H2主要增大的――CH4C2H4C2H6油紙中電弧:主要增大的――H2C2H2COCO2主要增大的――CH4C2H4C2H6受潮或油有氣泡：主要增大的――H2油中氣體的各種成分含量的多少和故障的性質(zhì)及水平直接有關(guān)。因此在設(shè)備運(yùn)行過程中，定期丈量溶解于油中的氣體成分和含量，對(duì)于及早發(fā)現(xiàn)充油電力設(shè)備內(nèi)部存在潛伏性故障有非常重要的意義和現(xiàn)實(shí)的效果。電力變壓器的內(nèi)部故障主要有過熱性故障、放電性故障及絕緣受潮等多種類型。過熱性故障：分接開關(guān)接觸不良占、鐵芯多點(diǎn)接地和局部短路或漏磁環(huán)流、導(dǎo)線過熱和接頭不良或緊固件松動(dòng)引起過熱、其余、為其他故障，如局部油道堵塞，致使局部散熱不良而造成的過熱性故障。電弧放電以繞組匝、層間絕緣擊穿為主，其次為引線斷裂或?qū)Φ亻W絡(luò)和分接開關(guān)飛弧等故障。火花放電罕見于套管引線對(duì)電位未固定的套管導(dǎo)電管、均壓圈等的放電;引線局部接觸不良或鐵芯接地片接觸不良而引起的放電;分接開關(guān)撥叉或金屬螺絲電位懸浮而引起的放電等。根據(jù)色譜分析數(shù)據(jù)進(jìn)行變壓器內(nèi)部故障診斷時(shí)，應(yīng)包括：1分析氣體發(fā)生的原因及變化。2判定有無故障及故障的類型。如過熱、電弧放電、火花放電和局部放電等。3判斷故障的狀況。如熱點(diǎn)溫度(322lgC2H4/C2H6+525故障回路嚴(yán)重水平以及發(fā)展趨勢(shì)等。4提出相應(yīng)的處置措施。如能否繼續(xù)運(yùn)行，以及運(yùn)行期間的技術(shù)平安措施和監(jiān)視手段，或是否需要停電檢修等。若需加強(qiáng)監(jiān)視，則應(yīng)縮短周期。1.1特征氣體變化與變壓器內(nèi)部故障的關(guān)系(一)根據(jù)氣體含量變化分析判斷(1氫氣變化。變壓器在高、中溫過熱時(shí)，氫氣一般占?xì)錈N總量的27%以下，而且隨溫度升高，H2絕對(duì)含量有所增長(zhǎng)，但其所占比例卻相對(duì)下降。變壓器無論是熱故障還是電故障，最終都將導(dǎo)致絕緣介質(zhì)裂解發(fā)生各種特征氣體。由于碳?xì)滏I之間的鍵能低，生成熱小，絕緣的分解過程中，一般總是先生成H2因此H2各種故障特征氣體的主要組成成分之一。變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮是一種內(nèi)部潛伏性故障，其特征氣體H2含量很高。客觀上如果色譜分析發(fā)現(xiàn)H2含量超標(biāo)，而其他成分并沒有增加時(shí)，可大致先判斷為設(shè)備含有水分，為進(jìn)一步判別，可做油中微水含量分析。導(dǎo)致水分分解出H2有兩種可能：一是水分和鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng);二是高電場(chǎng)作用下水自身分子分解。設(shè)備受潮時(shí)固體絕緣資料含水量比油中含水量要大100多倍，而H2含量高，大多是由于油、紙絕緣內(nèi)含有氣體和水分，所以在現(xiàn)場(chǎng)處置設(shè)備受潮時(shí)，僅靠采用真空濾油法不能耐久地降低設(shè)備中的含水量，原因在于真空濾油對(duì)于設(shè)備整體的水分影響不大。另外，還有一種誤判斷的情況，氣相色譜儀發(fā)生異常，因分離柱長(zhǎng)期使用，特別是用振蕩脫氣法脫氣吸附了油，當(dāng)吸附達(dá)到一定水平，便在一定條件下釋放出來，使分析發(fā)生誤差。2乙炔變化乙炔的發(fā)生與放電性故障有關(guān)，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧放電時(shí)，C2H2一般占總烴的20-70%H2占?xì)錈N總量的30-90%并且在絕大多數(shù)情況下，C2H4含量高于CH4當(dāng)C2H2含量占主要成分且超標(biāo)時(shí)，則很可能是設(shè)備繞組短路或分接開關(guān)切換發(fā)生弧光放電所致。如果其他成分沒超標(biāo)，而C2H2超標(biāo)且增長(zhǎng)速率較快，則可能是設(shè)備內(nèi)部存在高能量放電故障。3甲烷和乙烯變化。過熱性故障中，當(dāng)只有熱源處的絕緣油分解時(shí)，特征氣體甲烷和乙烯兩者之和一般可占總烴的80%以上，且隨著故障點(diǎn)溫度的升高，C2H4所占比例也增加。另外，丁腈橡膠材料在變壓器油中將可能發(fā)生大量的CH4丁腈在變壓器油中產(chǎn)生甲烷的實(shí)質(zhì)是橡膠將本身所含的CH4釋放到油中，而不是將油催化裂介為CH4硫化丁腈橡膠在油中釋放CH4主要成分是硫化劑，其次是增塑劑、硬脂酸等含甲基的物質(zhì)，而釋放量取決于硫化條件。4一氧化碳和二氧化碳變化。無論何種放電形式，除了發(fā)生氫烴類氣體外，與過熱故障一樣，只要有固體絕緣介入，都會(huì)發(fā)生CO和CO2但從總體上來說，過熱性故障的產(chǎn)氣速率比放電性故障慢。變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》中也只對(duì)CO含量正常值提出了參考意見：開放式變壓器CO含量的正常值一般應(yīng)在300ppm以下，若總烴含量超過150ppmCO含量超越300ppm,則設(shè)備有可能存在固體絕緣過熱性故障;若CO含量雖超過300ppm但總烴含量在正常范圍，可認(rèn)為正常。密封式變壓器，溶于油中的CO含量一般均高于開放式變壓器，其正常值約800ppm但在突發(fā)性絕緣擊穿故障中，COCO2含量不一定高，因此其含量變化常被人們忽視。由于COCO2氣體含量的變化反映了設(shè)備內(nèi)部絕緣資料老化或故障，而固體絕緣資料決定了充油設(shè)備的壽命。因此必需重視絕緣油中COCO2含量的變化。1絕緣老化時(shí)產(chǎn)生的COCO2正常運(yùn)行中的設(shè)備內(nèi)部絕緣油和固體絕緣資料由于受到電場(chǎng)、熱度、濕度及氧的作用，隨運(yùn)行時(shí)間而發(fā)生速度緩慢的老化現(xiàn)象，除發(fā)生一些非氣態(tài)的劣化產(chǎn)物外，還會(huì)產(chǎn)生少量的氧、低分子烴類氣體和碳的氧化物等，其中碳的氧化物COCO2含量最高。油中COCO2含量與設(shè)備運(yùn)行年限有關(guān)，例如CO產(chǎn)氣速率，國(guó)外有人提出與運(yùn)行年限關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。CO2含量變化的規(guī)律性不強(qiáng)，除與運(yùn)行年限有關(guān)外，還與變壓器結(jié)構(gòu)、絕緣資料性質(zhì)、運(yùn)行負(fù)荷以及油維護(hù)方式等有密切關(guān)系。

變壓器正常運(yùn)行下產(chǎn)生的COCO2含量隨設(shè)備的運(yùn)行年限的增加而上升，這種變化趨勢(shì)較緩慢，說明變壓器內(nèi)固體絕緣資料逐漸老化，隨著老化水平的加劇，一方面絕緣資料強(qiáng)度不時(shí)降低，有被擊穿的可能;另一方面絕緣資料老化發(fā)生堆積物，降低絕緣油的性能，易造成局部過熱或其它故障。這說明設(shè)備內(nèi)部絕緣資料老化發(fā)展到一定水平有可能發(fā)生劇烈變化，容易形成設(shè)備故障或損壞事故。因此在進(jìn)行色譜分析判斷設(shè)備狀況時(shí)，COCO2作為固體絕緣資料有關(guān)的特征氣體，當(dāng)其含量上升到一定水平或其含量變化幅度較大時(shí)，都應(yīng)引起警惕，盡早將絕緣老化嚴(yán)重的設(shè)備退出運(yùn)行，以防發(fā)生擊穿短路事故。2故障過熱時(shí)產(chǎn)生的COCO2固體絕緣資料在高能量電弧放電時(shí)產(chǎn)生較多的COCO2由于電弧放電的能量密度高，電應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生高速電子流，固體絕緣資料遭受這些電子轟擊后，將受到嚴(yán)重破壞，同時(shí)，發(fā)生的大量氣體一方面會(huì)進(jìn)一步降低絕緣，另一方面還含有較多的可燃?xì)怏w，因此若不及時(shí)處理，嚴(yán)重時(shí)有可能造成設(shè)備的重大損壞或爆炸事故。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部發(fā)生各種過熱性故障時(shí)，由于局部溫度較高，可導(dǎo)致熱點(diǎn)附近的絕緣物發(fā)生熱分解而析出氣體，變壓器內(nèi)油浸絕緣紙開始熱解時(shí)產(chǎn)生的主要?dú)怏w是CO2隨溫度的升高，發(fā)生的CO含量也增多，使CO與CO2比值升高，至800度時(shí)，比值可高達(dá)2.5局部過熱危害不如放電故障那樣嚴(yán)重，但從發(fā)展的后果分析，熱點(diǎn)可加速絕緣物的老化、分解，發(fā)生各種氣體，低溫?zé)狳c(diǎn)發(fā)展成為高溫?zé)狳c(diǎn)，附近的絕緣物被破壞，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。充油設(shè)備中固體絕緣受熱分解時(shí)，變壓器油中所溶解的COCO2濃度就會(huì)偏高。COCO2發(fā)生與設(shè)備內(nèi)部固體絕緣資料的老化或故障有明顯的關(guān)系，反映了設(shè)備的絕緣狀況。色譜分析中，應(yīng)關(guān)注COCO2含量變化情況，同時(shí)結(jié)合烴類氣體和H2含量變化進(jìn)行全面分析。5氣體成分變化。由于在實(shí)際情況下，往往是多種故障類型并存，多種氣體成分同時(shí)變化，且各種特征氣體所占的比例難以確定。如當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生火花放電，有時(shí)總烴含量并不高;但C2H4總烴中所占的比例可達(dá)25-90%C2H2含量約占總烴的20%以下，H2占?xì)錈N總量的30%以上。當(dāng)發(fā)生局部放電時(shí)，一般總烴不高，其主要成分是H2,其次是CH4與總烴之比大于90%當(dāng)放電能量密度增高時(shí)也出現(xiàn)C2H2但它總烴中所占的比例一般不超過2%當(dāng)C2H2含量較大時(shí)，往往表示為絕緣介質(zhì)內(nèi)部存在嚴(yán)重的局部放電故障，同時(shí)常伴有電弧燒傷與過熱，因此會(huì)出現(xiàn)C2H2含量明顯增大，且占總烴較大比例的情況。應(yīng)注意，不能忽視H2和CH4增長(zhǎng)的同時(shí)，接著又出現(xiàn)C2H2即使未達(dá)到注意值也應(yīng)給予高度重視。因?yàn)檫@可能存在著由低能放電發(fā)展成高能放電的危險(xiǎn)。過熱涉及固體絕緣時(shí)，除了發(fā)生上述氣體之外，還會(huì)產(chǎn)生大量的CO和CO2當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部存在接觸不良時(shí)，如分接開關(guān)接觸不良、連接局部松動(dòng)、絕緣不良，特征氣體會(huì)明顯增加。逾越正常值時(shí)，一般占總烴含氣量的80%以上，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，C2H4所占比例也增加。受潮與局部放電的特征氣體有時(shí)比較相似，也可能兩種異常現(xiàn)象同時(shí)存在目前僅從油中氣體分析結(jié)果還很難加以區(qū)分，而應(yīng)輔助以局部放電丈量和油中微水分析等來判斷。二)根據(jù)氣體含量比值分析判斷氣體含量比值分析方法的原理是基于油和固體絕緣資料在不同的溫度、不同的放電形式下產(chǎn)生的氣體也不同。當(dāng)總烴含量逾越正常值，計(jì)算!C2H2/C2H4比值小于0.1時(shí)為過熱性故障，大于0.1時(shí)為放電性故障。計(jì)算C2H4/C2H6比值可確定其故障性質(zhì)，當(dāng)比值小于1時(shí)一般為低溫過熱，比值大于1而小于3時(shí)，為中溫過熱，大于3時(shí)為高溫過熱故障。而計(jì)算CH4/H2比值可確定是純放電還是放電兼過熱故障，比值小于1為放電故障，大于1為放電兼過熱故障。電路故障和磁路故障的產(chǎn)氣特征有差異。如果故障在導(dǎo)電回路，往往產(chǎn)有C2H2且含量較高，C2H4/C2H6比值也較高，C2H4產(chǎn)氣速率往往高于CH4產(chǎn)氣速率。磁路故障一般無C2H2或者很少(只占?xì)錈N總量的2%以下)而且C2H4/C2H6比值較小，一般在6以下。計(jì)算CO和CO2比值，可判斷固體絕緣中的含水量，含水量大時(shí)，CO/CO2比值小。故障溫度高且時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，CO/CO2比值大。而嚴(yán)重故障時(shí)，生成的CO來不及溶解而導(dǎo)致故障，這在CO/CO2比值上得不到反映。IEC導(dǎo)則推薦以CO/CO2比值作為判據(jù)，認(rèn)為該比值大于0.33或小于0.99時(shí)，很可能有纖維絕緣分解故障。三)根據(jù)三比值法分析判斷基于油中溶解氣體類型與內(nèi)部故障性質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，人們先后提出了多種以油中特征氣體為依據(jù)來判斷設(shè)備故障的方法。國(guó)目前普遍推廣應(yīng)用的IEC推薦的三比值法。通過計(jì)算C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H6將選用的5種特征氣體構(gòu)成三對(duì)比值，相同的情況下將這些比值以不同的編碼表示，根據(jù)測(cè)試結(jié)果計(jì)算得出編碼，并把三對(duì)比值換算成對(duì)應(yīng)的編碼組，然后查表對(duì)應(yīng)得出故障類型和故障的性質(zhì)，但該法所給編碼組并不全，給實(shí)際分析工作帶來諸多不便。如通過對(duì)變壓器故障案例分析得出所有編碼組與設(shè)備故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系，按三比值法，000編碼屬設(shè)備正常老化，沒有故障。而實(shí)際案例的編碼“000屬低溫故障范疇，同時(shí)，當(dāng)多種故障一起發(fā)生時(shí)，三比值法也難以區(qū)分。當(dāng)氣體含量或產(chǎn)氣速率尚未達(dá)注意值時(shí)應(yīng)注意不宜應(yīng)用三比值法進(jìn)行判斷。應(yīng)用三比值法應(yīng)當(dāng)注意的問題：1對(duì)油中各種氣體含量正常的變壓器，其比值沒有意義。2只有油中氣體各成分含量足夠高(通常逾越注意值)且經(jīng)綜合分析確定變壓器內(nèi)部存在故障后，才干進(jìn)一步用三比值法分析其故障性質(zhì)。如果不論變壓器是否存在故障，一律使用三比值法，就有可能將正常的變壓器誤判斷為故障變壓器，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。3由于每一種故障對(duì)應(yīng)于一組比值，所以對(duì)多種故障的變壓器，可能找不到相對(duì)應(yīng)的比值組合。4實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)沒有列入的三比值組合，對(duì)于某些組合的判斷正在研究中，如，121或122對(duì)應(yīng)于某些過熱與放電同時(shí)存在情況;202或201對(duì)應(yīng)于有載調(diào)壓變壓器，應(yīng)考慮切換開關(guān)油室的油可能向變壓器的本體油箱滲漏的情況。5三比值法不適用于氣體繼電器里收集到氣體分析判斷故障類型。由于三比值法還未能包括和反映變壓器內(nèi)部故障的所有形態(tài)，所以它還在發(fā)展及積累經(jīng)驗(yàn)之中，有時(shí)可結(jié)合其他一些比值判斷方法綜合分析，如一種四比值法在實(shí)際應(yīng)用中也取得一定的效果。四)根據(jù)TD圖對(duì)故障發(fā)展趨勢(shì)判斷(五)根據(jù)總烴含量及產(chǎn)氣速率判斷絕對(duì)產(chǎn)氣速率能較好地反映出故障性質(zhì)和發(fā)展程度，不論縱比(與歷史數(shù)據(jù)比)橫(與同類產(chǎn)品比)均有較好的可比性。但在實(shí)際應(yīng)用中往往難以求得，因而多采用相對(duì)產(chǎn)氣速率分析判斷。當(dāng)設(shè)備經(jīng)過真空濾油脫氣后，宜及時(shí)作好絕對(duì)產(chǎn)氣速率的丈量，并根據(jù)有關(guān)建議利用如下判斷規(guī)范：1總烴的絕對(duì)值小于注意值、總烴產(chǎn)氣速率小于注意值，則變壓器正常。2總烴大于注意值、但不逾越注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率小于注意值，則變壓器有故障，但發(fā)展緩慢，可繼續(xù)運(yùn)行并注意觀察。3總烴大于注意值、但不逾越注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率為注意值的1-2倍，則變壓器有故障，應(yīng)縮短試驗(yàn)周期，密切注意故障發(fā)展。4總烴大于注意值的3倍，總烴產(chǎn)氣速率大于注意值的3倍，則設(shè)備有嚴(yán)重故障，發(fā)展迅速，應(yīng)立即采取必要的措施，有條件時(shí)可進(jìn)行吊罩檢修。六)根據(jù)總烴變化趨勢(shì)(總烴隨時(shí)間的變化曲線)判斷對(duì)大量過熱性故障變壓器的色譜試驗(yàn)分析結(jié)果標(biāo)明，變壓器內(nèi)部存在潛伏性故障時(shí)，總烴在隨時(shí)間的變化曲線上主要有兩種表現(xiàn)形式：一種是總烴與時(shí)間大致成正比增長(zhǎng)關(guān)系;另一種是總烴隨時(shí)間變化沒有明顯的遞增關(guān)系，而是出現(xiàn)時(shí)增時(shí)減的現(xiàn)象。對(duì)于第一種曲線，過熱經(jīng)常會(huì)從低溫逐步發(fā)展成為高溫，甚至有的迅速發(fā)展為電弧放電而造成變壓器損壞事故。因此，對(duì)這種故障應(yīng)及時(shí)采取措施。對(duì)于第二種曲線，可繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)注意監(jiān)督。變壓器內(nèi)部存在高能量放電性故障時(shí)，宜根據(jù)故障的發(fā)展情況來決定檢修時(shí)間。如果條件允許，近期內(nèi)進(jìn)行檢查、消除。如果近期內(nèi)沒有條件，應(yīng)縮短色譜分析周期，追蹤分析，密切注視故障的發(fā)展趨勢(shì)。故障類型屬于過熱性的變壓器，宜根據(jù)電壓等級(jí)、故障水平、故障發(fā)展速度和油中氣體的飽和水平來決定維修時(shí)間。對(duì)于500kV變壓器，只要總烴量達(dá)到注意值的2倍，常認(rèn)為應(yīng)停運(yùn)進(jìn)行檢修，這是因?yàn)?00kV變壓器內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)高;如果氣體含量大、產(chǎn)氣量多，油中可能發(fā)生氣泡，有被擊穿的可能性，所以不能僅以氣體飽和水平來決定維修時(shí)間。對(duì)于220kV及以下的變壓器，首先應(yīng)考慮產(chǎn)氣速率，并且計(jì)算油中氣體的飽和水平。有時(shí)即使油中氣體沒有飽和，也應(yīng)發(fā)明條件對(duì)變壓器進(jìn)行檢修。油中氣體分析檢測(cè)出變壓器存在問題時(shí)，應(yīng)結(jié)合其他試驗(yàn)，如電氣試驗(yàn)、油簡(jiǎn)化分析試驗(yàn)，以及局部放電丈量等進(jìn)行綜合性分析判斷。七)特征氣體變化與變壓器內(nèi)部故障的關(guān)系特征氣體變化與變壓器內(nèi)部故障的關(guān)系，主要特征氣體故障類型主要特征氣體故障類型:H2高，總烴不高，CH4為總烴的主要成分，有微量C2H2--油中電暈(火花放電時(shí)總烴高)C2H2高，總烴和H2較高，C2H2位總烴的主要成分――高溫電弧放電總烴及H2較高，但C2H2位構(gòu)成總烴的主要成分――高溫?zé)狳c(diǎn)或局部高溫過熱C2H4H2COCO2及總烴均較高――絕緣局部過熱或固體絕緣散熱不良總烴高，H2和C2H2均較高――油中裸金屬過熱并有電弧放電，固體絕緣損傷總烴不高，H2>100,CH4占總烴主要成分――局部放電發(fā)生的特征氣體罕見故障為：引線焊接不良，開關(guān)接觸不良，導(dǎo)線有毛刺，引線有短路，繞組匝間、層間有短路，鐵芯穿心螺桿短路或有多點(diǎn)接地，局部過熱等。此外，與油中溶解氣體相類似，判斷變壓器內(nèi)部故障的方法，用氣體繼電器積聚的氣體來判斷。不過，只有在變壓器內(nèi)部已有故障時(shí)才能判斷，而不能發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障。這種方法通常是以氣體繼電器中的氣體顏色和故障性質(zhì)的關(guān)系來判斷變壓器內(nèi)部故障。