变压器绝缘油中溶解气体分析方法1资料

变压器绝缘油中溶解气体分析对判断变压器故障的意义和方法C2H2H2CH4油和固体绝缘老化C2H4C2H6COCO21：为什么要进行变压器油中溶解气体分析运行中的变压器，发生外部故障时，我们可以观察到，但其内部发生故障、病变，就很难监控，但变压器内部的油，是可以采集到的。油和固体绝缘老化、变质会分解气体。主要有氢气H2、甲烷CH4、乙炔C2H2、乙烯C2H4、乙烷C2H6、一氧化碳CO、二氧化碳CO2等7种当变压器发生过热、放电故障时，会加速气体产生的速度和数量。所以，分析油中溶解气体对尽早发现变压器内部的潜伏性故障有重要意义，因为气体继电器动作要有一个气体积累过程，如能直接分析已经溶解在油中的特征气体，将有助于检测出早期故障。2：不同故障温度时油中溶解气体相对含量不同故障温度时油中溶解气体相对含量示意图由图中可见，通常最先观察到的是H2的析出，然后是烷烃→烯烃→炔烃，而纸纤维裂解时的主要气体是CO和CO2，这就为我们用溶解气体比值法判断故障类型、估计热点温度提供了重要理论基础。正常老化一氧化碳(CO)二氧化碳(CO2)局部放电氢气(H2)甲烷(CH4)故障温度高于正常运行温度不多甲烷(CH4)故障温度升高乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)成为主要物征气体当温度高于1000℃(如电弧弧道温度300℃以上)气体中含有较多的乙炔(C2H2)涉及固体绝缘材料较多的一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)3：典型故障时析出的气体举例油过热分解油中电弧纤维素过热油中电晕几种较典型故障时析出的气体如图2(典型故障时析出的气体举例所示)。COC2H4CH4H2CH4H2C2H2C2H64：气相色谱技术简介经验证明，油中气体的各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接有关。因此在设备运行过程中，重要的是定期测量溶解于油中的气体组织成分和含量，这对于及早发现充油电力设备内部存在的潜伏性故障有非常重要的意义。实践证明，这项检测技术可以在设备不停电且不受外界因素影响的情况下，对充油电气设备内部状况进行诊断。气相色谱法能有效地发现充油电力设备内部的潜伏性故障及其发展程度，而利用其他电气试验方法很难发现某些局部发热和局部放电等缺陷。尤其是运行中的变压器。需要鉴别的气体通常运用气相色谱技术处理变压器故障都会经过三个步骤：处理内部故障判断故障性质鉴别油中气体氢气(H2)氧气(O2)氮气(N2)甲烷(CH4)一氧化碳(CO)乙烷(C2H6)二氧化碳(CO2)乙烯(C2H4)乙炔(C2H2)取油样观察，有无悬浮颗粒，有无芳香气味等外观检查和油中溶解气体的色谱分析。考察故障的发展趋势，也就是故障点(如果存在的话)的产气速率是与故障消耗能量大小，故障部位，故障点的温度等情况有关。当认为变压器内部存在故障时，可用三比值法等方法对故障的类型作出判断。在气体继电器内部出现气体的情况下，应将继电器内气样的分析结果与油中取出气体的分析结果作比较。如何处理发生内部故障的变压器1234由于变压器内部的结构多样性及故障种类繁多，所以事实上没有任何一种方法是100%准确的，为了减少变压器因误判而造成停运，我们现场实际采用的是集中几种方法于一体的综合判断方法。色谱分析判断变压器故障的方法设备的结构、运行、检修履历、原始数据等情况综合分析判断故障性质及部位停止运行定期油化验气相色谱分析判断是否正常正常有异常与正常值比较判定产气速率判定绕组直流电阻空载特性试验绝缘试验局部放电试验测量微量水份三比值法无编码比值法采取措施缩短试验周期加强监视限制负荷安排检查继续运行图3：气相色谱法分析、判断、处理变压器内部故障流程气体成分H2CH4C2H2C2H4C2H6总烃(C1+C2)正常极限值μL/L1504555535150注意值不是划分设备有无故障的唯一标准。仅根据油中溶解气体绝对值含量未超过“注意值”即判断为“正常”，是不全面的，还要看发展趋势，也就是产气率。表1油中溶解气体的注意值第一步：与油中溶解气体的正常值作比较判定有无故障故障性质越严重，则油中溶解的气体含量就越高，所以根据气体的绝对含量多少，和规定的注意值比较，凡大于注意值者，应跟踪分析，查明原因，若氢和烃类气体不超过表1(油中溶解气体的注意值)所列的含量，则认为电力设备可正常运行。由于产气速率与故障消耗能量大小、故障部位和故障点的温度等情况直接有关。当总烃含量超过正常值时，应考虑采用产气速率判断有无故障。31210GtCCra一般来说，对总烃产气速率＞1mL/h的电气设备可判定有故障。第二步：根据总烃产气速率判定有无故障绝对产气速率(mL/h)故障特征≥10带有烧伤痕迹＞5严重过热性故障，但未损坏绝缘＞1过热性故障G为总油量（t）ρ为油密度（t/m3）产气速率与故障性质的关系绝对产气速率ra指每运行1h产生某种气体的平均值。（mL/h）第二步：总烃含量和总烃产气速率结合判定有无故障则电气设备正常；总烃含量总烃产气速率正常值正常值1～3倍正常值间正常值则设备有故障，但故障发展缓慢，可继续运行；1～3倍正常值间1～2倍正常值间则设备有故障，应缩短检验周期，密切监视故障发展；则设备有严重故障，故障发展迅速，应立即采取必要的措施，有条件时可进行吊心检修。3倍正常值3倍正常值第三步：三比值法判断设备故障性质和类型的方法这种方法选用五种特征气体构成三对比值，在相同的情况下把这些比值以不同的编码表示，根据测试结果把三对比值换算成对应的编码组，然后查表对应得出故障类型和故障的大体部位。三比值法的编码规则4222HCHC24HCH6242HCHC13~14222时，编码为HCHC23~124时，编码为HCH13~16242时，编码为HCHC222＞31211～30010.1～1例如：010＜0.1说明比值范围编码特征气体比值表4用三比值法判断故障性质故障性质比值编码组C2H2/C2H4、C2H4/C2H6、CH4/H2典型例子轻度局部放电010由于浸渍不完全，绝缘内含有气隙较严重的局部放电110气隙放电已导致固体绝缘有放电痕迹低能量放电202212200不同电位的绝缘之间发生火花放电或悬浮电位(因接触不良引起的)发生火花放电；围屏树枝状放电；分接开关错位；铁心接地铜片与铁心多点接触；选择开关调节不到位低能量放电兼过热220222高能量放电102112101100有工频续流的放电；绕组之间或绕组对地之间的绝缘油发生电弧击穿；调压开关切断电源；分接开关拔叉处围屏放电高能量放电兼过热120121122低于150℃的热故障001一般性的绝缘或导线过热150～300℃范围的过热故障020引线外包绝缘脆化；绕组油道堵塞；铁心局部短路300～700℃范围的过热故障021由于磁通集中引起铁心的局部过热；铁心多点接地或局部短路；分接开关引线接头接触不良；铁心和外壳产生涡流700℃以上的高温过热故障022002在应用三比值法时应该注意：(1)只有根据各组分含量的注意值或产气速率的注意值有理由判断可能存在故障时才能进一步用三比值法判断其故障的性质。对气体含量正常的变压器等设备，比值没有意义。(2)表中每一种故障对应于一组比值，对多种故障的联合作用，可能找不到相对应的比值组合。(3)在实际中可能出现没有包括在上表中的比值组合，对于某些组合的判断正在研究中。例如，121和122对应于某些过热与放电同时存在的情况；202或201对于有载调压变压器，应考虑切换开关油室的油可能向变压器的本体油箱渗漏的情况由于三比值法存在一些不足，现场我们还会使用无编码比值法进行补充判断。当总烃含量超过正常值时，用无编码比值法判断故障性质故障性质C2H2/C2H4C2H4/C2H6CH4/H2低温过热＜300℃＜0.1＜1无关中温过热300～700℃＜0.11＜比值＜3无关高温过热＞700℃＜0.1＞3无关高能量放电0.1＜比值＜3无关＜1高能量放电兼过热0.1＜比值＜3无关＞1低能量放电＞3无关＜1低能量放电兼过热＞3无关＞1实际使用中，我们发现无编码比值法分析和判断更简单，而且其准确率有时比“三比值法”更高，将其与三比值法一起使用判断变压器故障，可提高判断的准确性。第四步：无编码比值法2：确定过热温度3：确定是纯放电还是放电兼过热故障1：确定是过热还是放电故障某供电部门1＃变压器在2003－07－3117：55差动保护动作，20：00又重新试送。差动保护和轻重瓦斯继电器同时动作。气相色谱分析与判断：色谱分析结果见表。日期组分（μL/L）H2COCH4CO2C2H4C2H6C2H2总烃2001.12.22012.310.5272.81.80.160.533.012001.12.28012.810.46176.711.880.180.563.082002.01.2502.530.7799.740.910.241.663.582002.04.294.4529.451.1125.191.330.190.413.032003.03.245.27197.62.93227.571.3300.765.022003.07.3134.85191.6411.45221.696.021.868.728.032003.08.01256.61149.0882.87142.7982.356.41116.07287.714.135.8207.1164222，编码为HCHC03.061.25687.8224，编码为HCH28.1241.635.826242，编码为HCHC用三比值编码规则进行故障判断查表判断故障性质：判断故障为电弧放电。实例1：典型实例4222HCHC24HCH6242HCHC222＞31211～30010.1～1010＜0.1比值范围编码特征气体比值日期RAO/ΩRBO/ΩRCO/Ω互差%油温℃2003.03.210.064800.065200.065100.6382003.08.010.069440.069710.098074140该变压器35kV侧C相绕组的直流电阻严重超标，互差达41％，《电力设备预防性试验规程》规定：1.6MVA以上变压器，各相绕组电阻相互的差别不应大于三相平均值的1％，根据油化验和电气试验数据综合分析，绕组被烧断股的可能性最大。变压器故障前后的电气试验结果吊罩检查8月8日将该故障变压器进行了更换，将故障变压器返厂进行解体检修，28日进行拔线圈检查发现：C相中压(35kV)绕组线圈的底部最外部的隔板上有大片烧焦碳迹，并有很多铜渣；线圈最下部铜带已被烧焦。验证了上述分析正确。实例1：典型实例1164.04.74964.12304222，编码为HCHC0572.07.41029.234724，编码为HCH12.21.33884.74966242，编码为HCHC日期氢气H2甲烷CH4乙烯C2H4乙烷C2H6乙炔C2H2总烃一氧化碳CO二氧化碳CO204.8.184102.72347.97496.43388.11230.414462.8815.43412.0用三比值编码规则进行故障判断查表(三比值法的编码规则)得三比值编码为101，判断有连续电流的高能量放电故障；查表(用三比值法判断故障性质)认为故障原因可能是绕组之间或绕组对地之间的绝缘油发生电弧击穿；分接开关拔叉处围屏放电。04年8月18日1800冷轧酸洗机组传动1＃整流变压器刚投运2天就出现重瓦斯保护动作，高压开关跳闸。气相色谱分析见表。实例2：宝钢新日铁公司实例4222HCHC24HCH6242HCHC222＞31211～30010.1～1010＜0.1比值范围编码特征气体比值整流变压器内部绕组故障烧损的实物图吊芯检查由于该变压器为新投用设备，同型号的另一台变压器投用后也发生同样故障，判断为产品设计和制造工艺存在问题，8月14日将两台故障变压器返厂（上海ABB）进行解体检查，发现变压器三相高、低压绕组之间的接地屏均有长时间过热和放电烧焦现象，见图实例2：宝钢新日铁公司实例2007年5月10日1800冷轧轧机4＃机架整流变压器在一年一次的例行油化验时，发现数据异常，连续跟踪多次油