变压器溶解气体分析问题的答案和故障识别方法
我每天都会被问到关于变压器溶解气体分析 (DGA) 的重要性以及如何将其用于变压器监测、安全和维护的问题，因此我认为从权威来源——《C57.104 矿物油浸式变压器气体判读指南》¹——获取一些答案会很有意义。该指南为变压器管理员提供了“溶解气体分析结果判读的详细程序”。此外，它还为用户提供：
- 变压器中气体的产生和DGA过程的概述。
- DGA 的目的和应用。
- DGA 质量验证和限制。
- DGA 解释和规范。
- 故障类型的定义和识别。
- 案例研究和解释示例。
那么，什么是溶解气体分析？
溶解气体分析只是对变压器绝缘液中溶解的气体进行识别、测量和解释。随着绝缘系统老化或变压器出现故障，就会产生气体。
检测溶解气体对于变压器监测和评估健康状况至关重要。通过 DGA，可以查明一次油箱内的各种异常情况，例如局部放电、电弧或过热情况。因此，DGA 成为进行全面分析的有力工具。
产生的气体种类繁多，包括氢气 (H2)、甲烷 (CH4)、乙烷 (C2H6)、乙烯 (C2H4)、乙炔 (C2H2)、一氧化碳 (CO) 和二氧化碳 (CO2)。这些气体被称为“故障副产品”。绝缘液中还存在氧气 (O2) 和氮气 (N2) 等其他气体，但它们不被视为“故障副产品”，因为它们可能因泄漏或使用氮气保存系统而进入绝缘油中。但是，值得注意的是，这些气体在变压器 DGA 分析和解释中仍然发挥着重要作用。
为什么溶解气体分析很重要？
DGA 可以帮助我们了解变压器的健康状况，进而提供早期预警，减少非计划停机时间、运营和维护费用，并提高整个系统、社区和员工的安全性。它可以帮助我们识别活动和非活动故障情况。在评估液体中溶解气体的浓度时，它以微升每升 (μL/L) 表示；然而，它最常被称为或报告为体积百万分率 (ppm v/v) 或仅 ppm。
气体的特定组合或气体分布会根据“故障过程的性质而变化，并与故障位置的能量水平和温度有关”。指南第 1 页上的新图 18 清晰地显示了“矿物油中溶解气体浓度的相对百分比与温度和故障类型的函数关系”。可以观察到的是，氢气存在于每种已知的故障类型中。
低温故障时，溶解在油中的氢气百分比可能高于其他低温故障气体，例如甲烷 (CH4) 和乙烷 (C2H6)。此外，在高温故障时，您会观察到氢气 (H2) 的相对气体浓度增加，并且趋于与乙炔 (C2H2) 保持同步。
故障识别方法
我觉得指南中最有趣的是附录 D，它演示了所有故障识别方法（关键气体法、多恩伯格比率和罗杰斯比率、杜瓦尔三角形 1-4-5 和五边形 2-5）。表 1 总结了关键气体、多恩伯格比率和罗杰斯比率。
关键点在于，使用 Key Gas 方法总能得到诊断结果，但错误故障识别的数量可能高达 30%-50%，从而导致误诊。
使用比率方法，有时您无法做出诊断，因为比率不一致。
说到比率，还有其他有用的气体比率可用于故障识别。O2/N2 比率有助于识别变压器是自由呼吸（开放式）变压器还是带有氮气层的密封装置。C2H2/H2 比率值 >3 有助于识别从分接开关隔间到主油箱是否存在泄漏或污染。
当谈到杜瓦尔三角时，您总会得到答案。但是，重要的是要确保三种气体中的一种高于变压器中该气体的标称值或正常值。以下是杜瓦尔三角 1 方法的示例。
杜瓦尔五边形是额外的故障识别方法，有助于强化诊断。
除了传统的或更为人熟知的气体解释方法外，您还会在附件 F——故障严重程度评估——替代方法中找到一种相对较新的方法。
虽然有许多不同的方法来评估液体绝缘中的溶解气体分析，但测量氢气始终是安全的。它是一种关键气体，早期检测有助于避免潜在的灾难性故障。氢气是从油分解中释放出来的第一批气体之一，可以作为潜在危险的看门狗或烟雾警报。即使触发警报时一切可能看起来正常，变压器监控设备的设计使得当它检测到变压器中的异常情况时，它可以提醒您您的情况已从正常变为异常，需要进一步调查。
氢气检测系统可以作为第一道防线，帮助您改进变压器监控程序，并且可以轻松地将监控程序从基于时间的程序转变为基于条件的程序。
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Traci Hopkins 是 H2scan Corporation 的拉丁美洲销售经理，该公司是一家世界一流的氢气传感器解决方案提供商。Hopkins 已为公用事业行业的各种出版物撰写了大量论文，并多次在全国性工程会议上就变压器可靠性这一主题发表演讲。Hopkins 曾与六大洲的维护和可靠性专业人士合作。她目前致力于将专业的氢气监测专业知识带到拉丁美洲公用事业市场。
