目前，在電力變壓器的(de)故障診斷中，單靠電氣試驗的(de)方法往往很難發現某些局部故障和(hé)發熱(rè)缺陷，而通(tōng)過變壓器中氣體的(de)油中色譜分(fēn)析這(zhè)種化(huà)學檢測的(de)方法，對(duì)發現變壓器内部的(de)某些潛伏性故障及其發展程度的(de)早期診斷非常靈敏而有效。
    變壓器在正常運行狀态下(xià)，由于油和(hé)固體絕緣會逐漸老化(huà)、變質，并分(fēn)解出極少量的(de)氣體(主要包括氫H₂、甲烷CH₄、乙烷C₂H₆、乙烯C₂H₄、乙炔C₂H₂、一氧化(huà)碳CO、二氧化(huà)碳CO₂等多(duō)種氣體)。當變壓器内部發生過熱(rè)性故障、放電性故障或内部絕緣受潮時(shí)，這(zhè)些氣體的(de)含量會逐漸增加。對(duì)應這(zhè)些故障所增加含量的(de)氣體成分(fēn)見表1-1。

 根據色譜分(fēn)析進行變壓器内部故障診斷時(shí)，應包括：
    1.分(fēn)析氣體産生的(de)原因及變化(huà)。
    2.判斷有無故障及故障類型。如過熱(rè)、電弧放電、火花放電和(hé)局部放電等。
    3.判斷故障的(de)狀況。如熱(rè)點溫度、故障回路嚴重程度及發展趨勢等。
    4.提出相應的(de)處理(lǐ)措施。如能否繼續進行，以及運行期間的(de)技術安全措施和(hé)監視手段，或是否需要吊心檢修等。若需加強監視，則應縮短下(xià)次試驗的(de)周期。
    經驗表明(míng)，油中氣體的(de)各種成分(fēn)含量的(de)多(duō)少和(hé)故障的(de)性質及程度直接有關。因此在設備運行過程中，定期測量溶解于油中的(de)氣體成分(fēn)和(hé)含量，對(duì)于及早發現充油電力設備内部存在的(de)潛伏性有非常重要的(de)意義和(hé)現實成效，在1997年頒布執行的(de)電力設備預防性試驗規程中，已将變壓器油的(de)氣體色譜分(fēn)析放到了(le)首要位置，并通(tōng)過近些年來(lái)的(de)普遍推廣應用(yòng)和(hé)經驗積累取得(de)了(le)顯著的(de)成效。
    一、特征氣體産生的(de)原因

 油中各種氣體成分(fēn)可(kě)以從變壓器中取油樣經脫氣後用(yòng)氣相色譜分(fēn)析儀分(fēn)析得(de)出。根據這(zhè)些氣體的(de)含量、特征、成分(fēn)比值(如三比值)和(hé)産氣速率等方法判斷變壓器内部故障。
    實際應用(yòng)中不能僅根據油中氣體含量簡單作爲劃分(fēn)設備有無故障的(de)唯一标準，而應結合各種可(kě)能的(de)因素進行綜合判斷。
    二、特征氣體變化(huà)與變壓器内部故障的(de)關系
    1.變壓器油故障判斷标準
    《規程》對(duì)變壓器中溶解的(de)氣體含量進行了(le)規定，隻要其中的(de)任何一項超過标準規定，則應引起注意，查明(míng)氣體産生原因，或進行連續檢測，對(duì)其内部是否存在故障或故障的(de)嚴重性及其發展趨勢進行評估。表1-3給出了(le)變壓器中溶解氣體含量的(de)标準。

 注：①500KV變壓器乙炔含量的(de)注意值爲1ppm。
        ②1ppm=1/10⁶
    《規程》規定，烴類氣體總的(de)産氣速率大(dà)于0.25ml/h(開放式)和(hé)0.5ml/h(密封式)時(shí)，或相對(duì)産氣速率大(dà)于10%/min,可(kě)判斷爲變壓器内部存在異常。
    變壓器纖維絕緣材料在高(gāo)溫下(xià)分(fēn)解産生的(de)氣體主要是CO、CO₂，而碳氫化(huà)合物(wù)很少。當油紙絕緣遇電弧作用(yòng)時(shí)，還(hái)會分(fēn)解出更多(duō)的(de)乙炔氣體。由于CO、CO₂氣體的(de)測量結果分(fēn)散性很大(dà)，目前還(hái)沒有規定相應的(de)标準。
    《規程》規定了(le)變壓器油中氣體含量的(de)劣化(huà)判定标準，利用(yòng)該标準可(kě)以判定變壓器油是否劣化(huà)，但不能判定故障性質和(hé)狀态。
    2.變壓器油故障定性分(fēn)析
    利用(yòng)特征氣體分(fēn)析法可(kě)以進行變壓器故障原因的(de)判斷。油中溶解的(de)氣體可(kě)反映故障點引起的(de)周圍油、紙絕緣的(de)電、熱(rè)分(fēn)解本質。氣體特征随故障類型、故障能量及其涉及的(de)絕緣材料的(de)不同而不同，即故障點産生烴類氣體的(de)不飽和(hé)度與故障源的(de)能量密度之間有密切關系。利用(yòng)特征氣體分(fēn)析法可(kě)以比較直觀、方便地分(fēn)析判斷故障的(de)大(dà)緻類型。表1-4給出了(le)故障性質定性分(fēn)析方法。

 當H₂含量增大(dà)，而其他(tā)氣體組分(fēn)不增加時(shí)，有可(kě)能是由于設備進水(shuǐ)或有氣泡引起水(shuǐ)和(hé)鐵的(de)化(huà)學反應，或在高(gāo)電場(chǎng)強度作用(yòng)下(xià)，水(shuǐ)或氣體分(fēn)子的(de)分(fēn)解或電暈作用(yòng)所緻。
    乙炔含量是區(qū)分(fēn)過熱(rè)和(hé)放電兩種故障性質的(de)主要指标。但大(dà)部分(fēn)過熱(rè)故障，特别是出現高(gāo)溫熱(rè)點時(shí)，也(yě)會産生少量乙炔。例如，1000℃以上時(shí)，會有較多(duō)的(de)乙炔出現，但1000℃以上的(de)高(gāo)溫既可(kě)以有能量較大(dà)的(de)放電引起，也(yě)可(kě)以由導體過熱(rè)引起。分(fēn)接開關過熱(rè)時(shí)，會出現乙炔。低能量的(de)局部放電，并不産生乙炔，或僅産生很少量的(de)乙炔。表1-5給出了(le)電弧作用(yòng)下(xià)變壓器油和(hé)固體絕緣分(fēn)解出氣體的(de)情況。

 3.變壓器故障診斷三比值法
    三比值法是用(yòng)五種氣體的(de)三對(duì)比值，用(yòng)不同的(de)編碼表示不同的(de)三對(duì)比值和(hé)不同的(de)比值範圍，來(lái)判斷變壓器的(de)故障性質。表1-6給出了(le)三比值法的(de)編碼規則。

 當變壓器内部存在高(gāo)溫過熱(rè)和(hé)放電性故障時(shí)，絕大(dà)部分(fēn)情況下(xià)C₂H₂/C₂H₄＞3，于是可(kě)選用(yòng)三比值法中其餘兩項構成直角坐(zuò)标，CH₄/H₂作縱坐(zuò)标，C₂H₂/C₂H₆作橫坐(zuò)标，形成T(過熱(rè))D(放電)分(fēn)析判斷圖。

圖1-1 TD分(fēn)析判斷圖

 用(yòng)TD圖法(見圖1-1)可(kě)以區(qū)分(fēn)變壓器是過熱(rè)故障還(hái)是放電故障，按其比值劃分(fēn)局部過熱(rè)、電暈放電和(hé)電弧放電區(qū)域。用(yòng)這(zhè)個(gè)方法能迅速、正确地判斷故障性質，起監控作用(yòng)。通(tōng)常變壓器的(de)内部故障，除懸浮電位的(de)放電性故障外，大(dà)多(duō)以過熱(rè)狀态開始，向過熱(rè)Ⅱ區(qū)或放電Ⅱ區(qū)發展。而以産生過熱(rè)故障或放電故障引起直接損壞而告終。放電Ⅱ區(qū)屬于要嚴格監控并及早處理(lǐ)的(de)重大(dà)隐患。當然，這(zhè)并不是說在過熱(rè)Ⅱ區(qū)運行就無問題，例如當CH₄/H₂比值趨近于3時(shí)，就可(kě)能出現變壓器輕瓦斯動作，發出信号。
    4.智能故障診斷方法(灰色關聯法)
    由于三比值法難以包括和(hé)反映電力變壓器内部故障的(de)所有形态，在實際工作中存在許多(duō)變壓器故障因查不到故障編碼而無法判斷的(de)問題。需要采用(yòng)人(rén)工神經網絡、灰色關聯度分(fēn)析等智能診斷方法，以提高(gāo)診斷的(de)正确率。
    電力變壓器在運行中産生的(de)基本故障模式有高(gāo)溫過熱(rè)、中溫過熱(rè)、局部放電、電弧放電等。例如當變壓器發生高(gāo)溫過熱(rè)故障(溫度＞700℃)時(shí)，特征氣體主要是乙烯，其次是甲烷，兩者之和(hé)一般占總烴的(de)80%以上。而高(gāo)能放電時(shí)，故障特征氣體主要是乙炔和(hé)氫氣，其次是乙烯和(hé)甲烷，乙炔一般占總烴量的(de) 20%～70%，氫氣占氫烴總量的(de)30%～90%，一般乙烯含量高(gāo)于甲烷含量。考慮到以油中溶解氣體爲特征量的(de)比值法對(duì)故障診斷的(de)準确性達85％。選擇油中溶解特征氣體H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂的(de)觀測數據構成變壓器狀态特征向量。爲便于分(fēn)析，保證各參數具有等效性和(hé)同序性，所有油中特征氣體數據應進行标準化(huà)處理(lǐ)，即特征向量[H₂%、CH₄%、C₂H₆%、C₂H₄%、C₂H₂%]，其中：
        H₂%＝H₂／(H₂＋C₂H₂＋C₂H₄＋C₂H₆＋CH₄)×100%
        CH₄%＝CH₄／(C₂H₂＋C₂H₄＋C₂H₆＋CH₄)×100%
        C₂H₆%＝C₂H₆／(C₂H₂＋C₂H₄＋C₂H₆＋CH₄)×100%
        C₂H₄%＝C₂H₄／(C₂H₂＋C₂H₄＋C₂H₆＋CH₄)×100%
        C₂H₂%＝C₂H₂／(C₂H₂＋C₂H₄＋C₂H₆＋CH₄)×100%
    根據大(dà)量故障變壓器檢測結果的(de)統計分(fēn)析，将變壓器狀态分(fēn)爲九類，分(fēn)别爲：變壓器正常運行序列、低能放電故障序列、高(gāo)能放電故障序列、中溫過熱(rè)故障序列、高(gāo)溫過熱(rè)故障序列、圍屏樹枝狀放電序列、變壓器匝間、層間故障序列、分(fēn)接開關故障序列、鐵心兩點或多(duō)點接地故障序列。每一故障序列以一标準故障模式描述，通(tōng)過對(duì)收集數據的(de)統計分(fēn)析、測試和(hé)調整，得(de)到用(yòng)于變壓器故障診斷的(de)變壓器标準故障模式如表1-8。

 灰色關聯法就是通(tōng)過計算(suàn)待診斷故障模式與各類标準模式間的(de)灰色關聯度，并進行排序，以實現對(duì)變壓器故障類型做(zuò)出判斷。