变压器油质及色谱分析

变压器油质及色谱分析湖南省电力公司技术培训部主要内容变压器油质及色谱分析的目的和意义变压器油的性能指标及质量监督变压器油色谱分析技术变压器油色谱分析的故障诊断一、变压器油质及色谱分析监督的目的和意义变压器油质监督的目的，就是通过监测变压器油的各项理化、电气性能，确保变压器油质满足充油电气设备的安全运行要求，通过变压器油中溶解气体分析即色谱分析技术，能够分析诊断运行中变压器内部是否正常，及时发现变压器内部存在的潜伏性故障，掌握充油电气设备的健康状况。变压器油质及色谱分析监督的优势还在于其不需要停电就可进行检测，能为状态检修提供技术支持，在目前实施状态检修后，重要性更加突出。二、变压器油的性能指标及质量监督一）物理特性二）化学特性三）电气特性四）变压器油质监督标准及指标要求一）物理特性变压器油的物理特性主要包括：颜色、透明度、凝（倾）点、粘度、闪点、密度、界面张力等。颜色和透明度油品的颜色主要是根据肉眼的观察判定油品颜色的深浅。油品的颜色决定于其中沥青、树脂物质及其他染色化合物的含量。油在储存和运行中，受环境的污染和自身的氧化生成的树脂质等物的影响下，其颜色也会逐渐变深。故油所接触的环境，如温度、光线空气（主要是氧）、电场、电流等，都能促使油质老化而使油的颜色变深。如绝缘油的颜色的剧裂变化，一般是油内发生电弧时产生碳质造成的，故观察油在运行中颜色的迅速变化，是油质变坏或设备存在内部故障的表现。闪点在规定的条件下，将油品加热，随油温的升高，油蒸汽在空气中（油液面上）的浓度也随之增加，当升到某一温度时，油蒸汽和空气组成的混合物中，油蒸汽含量达到可燃浓度，如将火焰靠近这中混合物，它将会闪火，把产生这种现象的最低温度称为石油产品的闪点。闪点是保证变压器油在储存和使用过程中安全的一项指标。凝（倾）点变压器油的凝点（即凝固点）是指在规定的试验条件下，将试油逐渐冷却，并将液面倾斜45℃，经过1min后，油面不再移动的最高温度。倾点又称流动点。油品在一定的标准条件下，由固体逐渐加温溶解成液体后，从特定容器中流出的最低温度，即称为倾点。油品的倾点一般比凝点高2～3℃。凝点是在规定条件下冷却至停止移动时的最高温度。倾点是在规定条件下冷却时，能够流动的最低温度。凝点用以表示绝缘油的牌号。粘度液体受外力作用移动时，液体分子间产生内摩擦力的性质，称为粘度。粘度通常分为动力粘度（绝对粘度）、运动粘度和条件粘度三种。变压器油通常所测的是运动粘度。由于变压器油的功能之一是进行热传导的冷却作用，并填充于绝缘材料的缝隙之间，所以变压器油的粘度应较低才能充分发挥该功能，指标只有上限。密度单位体积内所含物质的量，其单位是kg/m3、g/cm3或g/mL，以符号ρ表示。变压器油密度与温度有关，规定在20℃时的密度为标准密度，一般为0.8～0.9g/mL。实际应用中必须表明温度，或计算成标准密度。界面张力绝缘油的界面张力是指在油-水两相的交界面上，由于两相液体分子都受到各自内部分子的吸引，各自都力图缩小其表面积，这种使液体表面积缩小的力称为界面张力。因油老化后生成的酸类、皂类都是亲水的，引起油-水交界面上的分布改变，使界面张力减小。油中氧化产物越多，则界面张力越小。该指标可反映出新油的纯净程度和运行油老化状况。二）化学特性包括酸值、水溶性酸、水分、氧化安定性、腐蚀性硫等指标酸值和水溶性酸酸值是指中和1g变压器油中的全部游离酸所需要的氢氧化钾毫克数，单位为mg（KOH）/g。从油品中所测得酸值，为有机和无机酸的总和，所以也称总酸值，要求越低越好。变压器油中酸值大小从一定程度上反映了油的精练深度和氧化程度。变压器油的水溶性酸是指能溶于水的矿物酸，通常用pH值表示。对于运行中的油来说，水溶性酸是油老化产物之一，同时，有了水溶性酸反过来使油更易老化。通过pH值的测定，可以判断油质的好坏，油对金属及固体绝缘的腐蚀情况，油质劣化程度，精制和再生的好坏，油可否继续使用等。氧化安定性变压器油在运行过程中不可避免地发生氧化，在高温高负荷下，氧化会加速，油与氧的化学反应称为油的氧化（或叫老化、劣化）。而油抵抗氧化作用的能力，就称为油的抗氧化安定性（或叫安定度）。进行新油评价时，氧化安定性是一项重要指标。添加抗氧化剂可提高氧化安定性。水分水分来源有外部侵入和内部自身氧化产生两方面。水分的危害：1）降低油品的击穿电压。2）使介损升高。3）促使纤维老化。4）对油质老化起催化作用。腐蚀性硫腐蚀性硫即能腐蚀金属的活性硫化物或游离硫。变压器油中不允许有活性硫，哪怕只有十万分之一，都会对导线绝缘发生腐蚀作用，因此新油必须进行活性硫试验，合格后方能使用。用一定规格和质量的铜片或银片，在规定的条件下，可定性检验出油品中是否有腐蚀性硫。方法灵敏度高，可检出百万分之一的活性硫。电气性能主要有绝缘强度、介质损耗因数、体积电阻率、析气性等绝缘强度变压器油的介电强度或击穿电压，是衡量在电气设备内部耐受电压的能力而不被破坏的尺度，可用来判断变压器油含水和其他悬浮物污染的程度，可注入设备前油品干燥和过滤的程度。是衡量在电气设备内部耐受电压的能力而不被破坏的尺度。该项试验可以判断油中是否有水分、杂质和导电微粒，但不能判断油品是否存在酸性物质或油泥。2、介质损耗因数tgδ介质损耗因数又称介质损耗角正切，它反映油中泄漏电流而引起的功率损失。介质损耗因数的大小对判断变压器油的劣化与污染程度很敏感。对于新油而言，介质损耗因数只能反映出油中是否含有污染物质和极性杂质，而不能确定是何种极性杂质，一般来说，新油中的极性杂质含量很少，所以其介质损耗因数也很小，仅为0.01～0.1%范围。但当油氧化或过热而引起劣化时，或混入其它杂质时，油中极性杂质或带电的胶体物质含量增多，介质损耗因数随之增加。变压器油质监督标准及指标要求变压器油质监督应包括从新油评定验收、新油脱气注入设备前的检验、新油注入设备进行热循环后的检验、新设备投运通电前的检验及运行中变压器油的周期检定验收等全过程监督新油验收220kV及以下变压器使用的油应符合应符合GB2536标准要求，并按标准规定的项目、指标进行验收。500kV及以上变压器用油性能指标除符合GB2536标准要求外，还应符合IEC60296—2003标准，两者不一致时以IEC60296为准。优先选择环烷基变压器油。变压器基建安装阶段及运行后全过程的质量监督(1)大型电力变压器都是在充氮保护条件下运至现场的。设备到货后，需鉴定设备在运输过程中是否受潮。通常的做法是首先检查变压器本体的压力表是否是微正压；其次需测变压器本体中残油的水份。(2)对新到的变压器取本体中的残油做气相色谱分析。二、新油脱气注入设备前的检验新油注入设备前必须用真空滤油设备进行过滤净化处理，以脱除油中水分、气体、及其他颗粒杂质，在处理过程中经油质检验，达到要求后方可注入设备。新油净化后的检验指标项目设备电压等级/kV500及以上330~220≤110击穿电压/kV≥60≥55≥45水分/（mg/kg）≤10≤15≤20介质损耗因数90℃≤0.002≤0.005≤0.005三、新油注入设备进行热循环后的检验油在变压器内静置一段时间后进行热油循环，热油循环后应达到规定要求。热油循环后的油质检验指标项目设备电压等级/kV500及以上330~220≤110击穿电压/kV≥60≥55≥45水分/（mg/kg）≤10≤15≤20介质损耗因数90℃≤0.002≤0.005≤0.005含气量/%（体积分数）≤1----注：对于500kV及以上设备油中洁净度指标按相关要求执行四、新设备投运通电前的检验在变压器投用前应对其油品按GB/T7595-2008中“投入运行前的油”的质量指标要求作一次全分析，并进行气相色谱分析，作为交接试验数据。五、运行中变压器油的监督运行中变压器油质量标准和检验项目及周期试验项目设备电压等级/kVGB/T7595-2008标准GB/T14542-2005建议指标和周期试验方法外状各电压等级透明，无杂质和悬浮物透明，无杂质和悬浮物每年一次外观目测水溶性酸（pH）值各电压等级≥4.2≥4.2每年一次或必要时GB/T7598酸值mgKOH/g各电压等级≤0.1≤0.1每年一次GB/T264闭口闪点℃各电压等级≥135不比新有原始测定值低10℃必要时GB/T261水分330~1000及以上220110及以下≤15（mg/L）≤25≤35≤20mg/kg≤30≤40每年至少一次GB/T7600界面张力25℃mN/m各电压等级≥19≥19每年至少一次GB/T6541介质损耗因数90℃500-1000≤330≤0.020≤0.040≤0.020≤0.040每年一次GB/T5654击穿电压2.5mm间隙kV750-1000500330220≥60≥50≥45≥35≥50≥45≥40每年一次DL/T429.966~11035及以下≥35≥30≥35≥30DL/T429.9三年至少一次体积电阻率90℃，Ω•m500及以上≤330≥1×1010≥5×109≥1×1010≥5×109每年一次或必要时DL/T421油中含气量体积分数%750-1000330~500及以上(电抗器)≤2≤3≤5≤3报告每年一次或必要时DL/T423或DL/T703油泥和沉淀物（质量分数）%各电压等级≤0.02≤0.02必要时变压器油色谱分析技术变压器油色谱分析对象及步骤样品采集、保存及运输等要求色谱分析周期等要求变压器油色谱分析对象按《DL/T722-2000变压器油中溶解气体分析和判断导则》要求一般分析9种气体或8种气体，最少必须分析7种气体，即H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、CO、CO2、N2、O2。其中N2、O2是推荐检测的气体，其余为必测组分。油中9种溶解气体的分析目的被分析的气体组分分析目的推荐检测气体O2了解脱气程度和密封（或漏气）情况，严重过热时也回极度消耗明显减少N2可了解N2饱和程度，与O2的比值可更准确分析的消耗情况。正常情况下，N2、O2和CO2之和还可估算出油的总含气量必测气体H2与甲烷之比可判断并了解过热故障点温度，或了解是否有局部放电情况和受潮情况CH4了解过热故障点温度C2H6C2H4C2H2了解有无放电现象或存在极高的过热故障点温度CO了解固体绝缘的老化情况或内部平均温度是否过高CO2与CO结合，有时可了解固体绝缘有无热分解变压器油色谱分析步骤包括取样、从油中脱出溶解气体及进行油中气体的色谱分析。变压器油的脱气方法一般采用机械振荡法，仲裁方法采用水银真空泵法（托普勒泵法）。油中气体的色谱分析①由载流气体将已从油中脱出并待分析的气样（用进样注射器从气路的进样口注入）带入色谱柱中；②装有固定相的色谱柱将混合气样分别按不同组分分离（根据不同气体组分分离的要求，色谱柱中装有不同的固定相，如分子筛、硅胶等）；③载气将已分离的各组分气体，按不同的时间依次进入鉴定器，鉴定器的信息由记录仪记录，告知各组分气体的出峰面积。④色谱仪对气体组分的定性和定量是由已知组分和含量的标准混合气样来标定，根据不同的脱气方法（包括自由气体），通过计算求出各组分的含量。样品采集及保存充油电气设备的色谱、微水取样，应通过专用密闭取样阀，用注射器采样。取样方法GB/T7597-2007色谱取样应采用100mL玻璃注射器，注射器使用前应进行严密性检查合格。色谱取样后应在四天内完成检测取样要求1）样品要有代表性，所取的必须是设备本体中的油或继电器（包括油面空间）中的气2）从固定的取样阀门处取样3）取样时需放完整个取样管路中不循环的“死油”4）针对设备不同情况下的试验，应考虑气体在油中的扩散过程。如：对试验以后的考核性取样，应考虑到延时作用，特别是套管，互感器类少油设备；变压器保护动作或事故以后，应多次、最好多位置取样。5）对可能产生负压的密封设备，应在确定内部正压情况下取样，因负压取样而进气后会影响设备安全。在取样及保存的