油中气体分析的多种判据对故障进行综合诊断

油浸式变压器在长期运行中，由于变压器的容量、电压等级、结构、运行环境、油质状况、运行参数等的差异，以及每种诊断方法都涉及特定的参数或大量模拟及事故数据分析统计而得出的经验公式或判据，因此在对运行中故障变压器进行故障诊断及故障发展趋势预测时，若仅采用一种判据很难得出正确的诊断结论，甚至会造成误判，造成更大的经济损失。同时，即使是用前述的油中溶解特征气体组分含量和比值法已诊断出变压器的故障类型及性质，但为了进一步预测变压器的故障状况，往往还应考察故障源的温度、功率、绝缘材料的损伤程度、故障危害性，以及故障的发展导致油中溶解气体达到饱和并使瓦斯保护动作等诸因素。
       一、综合诊断的辅助方法
       1.故障源温度的估算
       变压器油裂解后的产物与温度有关，温度不同产生的特征气体也不同；反之，如已知故障情况下油中产生的有关各种气体的浓度，可以估算出故障源的温度。比如对于变压器油过热，且当热点温度高于400℃时，可根据月冈淑郎等人推荐的经验公式来估算，即：
              T＝322lg(C2H4／C2H6)＋525
       电工委员会(IEC)标准指出，若CO2/CO的比值低于3或高于11，则认为可能存在纤维分解故障，即固体绝缘的劣化。当涉及估计绝缘裂解时，绝缘低热点的温度经验公式如下：
       300℃以下时：T＝－241lg(CO2／CO)＋373
       300℃以上时：T＝－1196lg(CO2／CO)＋660
       2.故障源功率估算
       变压器油裂解需要的平均活化能约为210kJ/mol，即油热解产生1mol体积(标准状态下为22.4L)的气体需要吸收热能为210kJ，则每升热裂解气所需能量的理论值为：Qi＝210／22.4＝9.38(kW/L)
       但油裂解时实际消耗的热量要大于理论值。若热解时需要吸收的理论热量为 ，实际需要吸收的热量为，则热解效率系数为：
              ε＝Qi／Qp
       如果已知单位故障时间内的产气量，即可导出故障源功率估算公式为：
              P＝(Qi／V)／εt
       式中，P为故障源的功率，kW； 为理论热值，9.38kW/L,V为故障时间内的产气量，L；t为故障持续时间，s；ε为热解效率系数。ε可以查热解效率系数与温度关系的曲线，或用该曲线测定出的近似公式来表示，即
       局部放电              ε＝1.27×10-3
       铁芯局部过热       ε＝100.00988T-3
       线圈层间短路       ε＝100.000686T-5.33
       其中，T为热源温度，℃。
       3.油中气体达到饱和状态所需时间的估算
       在变压器发生故障时，油被裂解的气体逐渐溶解于水中。当油中全部溶解气体(包括O2、N2)的分压总合与外部气体压力相当时，气体将达到饱和状态。据此可在理论上估计气体进入气体继电器所需的时间，即油中气体达到饱和状态所需时间。
       当设外部气体压力为1atm时，则油中溶解气体的饱和值为：
              Sat%＝10-4∑(Ci／Ki)
       式中，Ci为气体成分(包括O2、N2)的浓度，μL/L；ki为气体成分的溶解度系数，即奥斯特瓦尔德系数。
       当Sat%接近100%，即油中气体接近饱和状态，则达到饱和时所需的时间为：
              t＝1／{∑[(Ci2－Ci1)／KiΔt]×10-6} (月)
       式中，Ci1为i 成分*次分析值，μL/L；Ci2为i成分第二次分析值，μL/L；△t为两次分析间隔的时间，月。
       由于实际的故障往往是非等速发展，在故障加速发展的情况下估算出的时间可能比油中气体实际达到饱和的时间长，因此在追踪分析期间应随时根据zui大产气速率重新进行估算，并修正所得的分析结果。
       二、以油中溶解气体分析为依据综合诊断故障的基本过程
       如前所述，我们在利用油中溶解气体分析变压器内部故障时，不仅注意油中气体组分含量和特征气体比值的判据，而且还要综合考虑气体一些辅助的诊断判据。为此，我们以一台SFPS3-150000/220主变压器的铁芯多点接地故障诊断为例，说明油中溶解气体分析为依据综合诊断故障的大致全过程。
       (1)以特征气体组分含量判断故障类型。从该台主变压器的色谱分析数据可知，主要气体为CH4、C2H2，次要气体为C2H6、H2，根据前面所述，初步诊断存在油过热故障，然后再进行以下诊断。
 

表1-1 SFPS3-150000/220主变压器油中溶解气体含量(μL/L)

试验日期	H2	CH4	C2H6	C2H4	C2H2	CO	CO2	C1＋C2
1996.10.13	0	24.8	5.3	15.0	0	787.1	4109.1	45.1
1996.12.18	22.2	50.7	24.1	56.9	0	970.5	4715.2	131.7

       (2)以油中溶解气体产气率和相对产气率判断故障的严重程度。
       (3)以三比值法诊断故障类型。
       (4)估算热点温度。
       (5)估算故障源功率。
       (6)估算油中溶解气体达到饱和态所需时间。
       (7)根据故障在导电回路和磁回路时气体比值特征和C2H2的强弱，判断故障是否发生在磁路上。
       (8)综合分析诊断。
       根据上述基本步骤地诊断结果，结合铁芯接地电流，铁芯对地电阻值，诊断为铁芯存在多点接地故障，其诊断结果与停电检查相符合。如上述诊断过程中出现三比值法的无组合编码故障时，还可利用无编码比值法诊断。