油色谱分析在有载分接开关运行维护中的应用与优化

摘要：油色谱分析技术通过检测变压器油中溶解气体的成分与含量，为有载分接开关（OLTC）的运行维护提供关键支撑。该技术基于故障产气机理，可识别触头烧蚀、电弧放电、绝缘劣化等典型故障的特征气体组分，如乙炔（C₂H₂）对应放电性故障，甲烷（CH₄）与乙烯（C₂H₄）反映过热性故障。结合IEC 60599与DL/T 722标准，通过三比值法或动态权重算法建立状态评估体系，可量化故障风险并预测发展趋势。优化策略包括基于设备工况动态调整检测周期、引入人工智能算法构建智能诊断模型，以及强化全流程质量控制，从而提升故障预警能力与维护效率，保障电力系统安全稳定运行。

关键词：油色谱分析；有载分接开关；运行维护；应用；优化

一、油色谱分析技术原理及在有载分接开关中的应用基础

油色谱分析是通过气相色谱仪检测变压器油中溶解的特征气体成分及含量，进而判断设备内部故障类型和严重程度的技术手段。有载分接开关作为变压器调压的核心部件，其运行过程中产生的故障会在绝缘油中形成特征气体：

1.故障产气机理

OLTC常见故障包括触头烧蚀、电弧放电、绝缘劣化等，这些故障会导致油分子裂解产生H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO₂等特征气体。不同故障类型产生的气体组分比例具有显著差异，如电弧放电主要产生C₂H₂，而过热故障则主要生成CH₄和C₂H₄。

2.检测标准体系

IEC 60599和DL/T 722等标准规定了油中溶解气体的注意值和故障判断方法。对于OLTC，特别关注C₂H₂含量的变化，其浓度超过5μL/L即需引起警惕。

3.取样技术要点

OLTC油样采集需在切换操作后静置4小时以上，取样位置应选择油流循环良好的部位，避免取样过程中气体逸散。采用专用注射器或真空取样瓶可保证样品代表性。

二、油色谱分析在有载分接开关运行维护中的具体应用

1.故障类型诊断

油色谱分析通过检测变压器油中溶解气体的组分和含量，为有载分接开关（OLTC）的故障类型诊断提供关键依据。不同故障模式产生的特征气体具有显著差异：例如，电弧放电故障主要生成乙炔（C₂H₂），伴随氢气（H₂）和乙烯（C₂H₄）的少量生成；而过热故障则以甲烷（CH₄）和乙烯（C₂H₄）为主，严重时可能伴随乙烷（C₂H₆）和一氧化碳（CO）的增加。绝缘劣化故障通常表现为一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）的显著升高，且两者比例（CO/CO₂）可作为辅助判断指标。通过三比值法（如杜邦法或IEC法）或大卫三角形法，可进一步细化故障类型，例如区分低温过热（<300℃）与高温过热（>700℃）。实际案例中，某OLTC油样检测发现乙炔含量持续上升且伴随氢气激增，结合历史数据判断为触头电弧放电，经停机检查确认触头表面存在烧蚀和碳化痕迹。此外，气体组分比例的动态变化对故障发展阶段具有指示意义：若乙烯（C₂H₄）与乙烷（C₂H₆）比值显著增大，可能提示故障从局部过热向高温过热演变。因此，油色谱分析需结合设备运行参数（如负载率、切换次数）进行综合研判，避免单一指标误判。对于复合故障（如放电伴随过热），需通过多维度数据交叉验证，比如结合局部放电检测或红外热成像技术，以提升诊断准确性。

2.状态评估体系构建

构建有载分接开关状态评估体系需以油色谱分析数据为核心，融合多维度运行参数。首先，依据IEC 60599与DL/T 722标准建立特征气体浓度基准库，设定C₂H₂、H₂、CH₄等关键气体注意值及预警阈值，形成量化评估基础。其次，引入动态权重算法，结合设备负载率、切换次数、环境温度等运行参数，对气体浓度进行加权修正，避免单一阈值误判。例如，高负载工况下C₂H₄生成速率加快，需动态调整其权重系数。再次，建立气体组分变化率模型，通过计算ΔC/Δt（浓度变化率）及组分比例动态演化曲线，预测故障发展趋势。例如，若C₂H₂/C₂H₄比值持续上升，提示放电性故障加剧。最后，将油色谱数据与红外热成像、局部放电监测结果进行交叉验证，通过模糊综合评价法生成设备健康指数（0-100分），实现故障风险分级管理，为状态检修提供决策依据。

三、运行维护优化策略

1.检测周期优化

传统油色谱检测周期往往基于固定时间间隔，难以精准匹配设备实际运行状况。为提升检测效能，应结合设备运行特性进行动态调整。对于长期处于轻载运行、运行环境稳定且历史数据良好的有载分接开关，可适当延长检测周期，减少不必要的检测工作，节省人力与物力资源。而对于频繁调压、负载波动大、运行环境恶劣或运行年限较长的设备，则需缩短检测周期。例如，位于工业污染严重地区或频繁进行电压调节的OLTC，建议将检测周期从常规的每半年一次缩短至每季度一次。同时，在设备经历重大操作、遭受异常冲击或运行参数出现明显变化后，应立即安排临时检测，及时掌握设备内部气体变化情况。通过这种动态的检测周期优化策略，能够更及时地捕捉设备潜在故障征兆，避免因检测不及时导致故障扩大，保障设备安全稳定运行。

2.诊断方法升级

当前油色谱分析诊断依赖单一气体阈值判断，存在误判风险且对复合性、萌芽期故障响应不足，亟需向多维度动态诊断与智能化融合升级。可通过构建气体组分动态演化模型，实时监测特征气体浓度变化速率及趋势曲线（如乙炔指数级增长、乙烯-乙烷比例阶跃性突变），结合设备负载波动率、切换频次等运行参数进行交叉分析，提前预警故障演进风险。同时，引入深度学习算法构建故障特征数据库，基于历史数据训练神经网络模型，实现故障类型（如放电伴随过热复合故障）与严重程度的自动识别。此外，通过构建油色谱-红外热成像-局部放电多源数据融合平台，利用数据关联规则挖掘与特征层融合技术，消除单一检测手段的盲区，提升隐蔽性缺陷（如触头局部碳化）的定位精度，为设备状态检修提供多层级、可量化的技术支撑。

3.全流程质量控制

油色谱分析全流程质量控制需构建标准化协同管理体系：取样环节执行双人核验操作，采用预处理清洁的专用取样器，避开油流死区与杂质富集区，确保样本反映真实工况；运输采用双层真空密封罐并配置温压监测模块，防止气体逸散与交叉污染；检测环节配置双通道冗余检测系统，每日执行标准气体校准与盲样比对，关键组分实行双人复核检测；数据分析阶段建立三级异常预警机制（操作员初筛-技术主管复核-专家组终审），触发异常时启动48小时闭环追溯流程。通过全流程数据上链存证与工单联动系统，实现质量缺陷定位时效压缩至24小时内，保障诊断结果可信度与运维决策可靠性。

参考文献：

荀华，郭红兵.一起油浸式真空有载分接开关绝缘油色谱异常分析[J].山西电力， 2020（1）：5.

刘振林.变压器有载分接开关运行维护及故障处理[J].河北电力技术， 2022， 41（1）：4.

杨洁.变压器有载分接开关放电故障产气规律及可靠性评估方法研究[D].重庆理工大学，2023.

作者简介：熊生芳，女，1987.11.18，四川达州人，研究方向电气工程施工与运行维护