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变压器油中溶解气体在线监测概要

变压器油中溶解气体在线监测概要
变压器油中溶解气体在线监测概要

变压器油中溶解气体在线监测方法研究

摘要 (3)

1. 导言 (4)

2. 国内外发展现状及发展趋势 (6)

3. 变压器油中溶解气体在线监测方法的基本原理 (9)

3.1.变压器常见故障类型 (9)

3.2.变压器内部故障类型与油中溶解特征气体含量的关系 (10)

4. 基于油中特征气体组分的故障诊断方法 (14)

4.1.特征气体法 (14)

4.2.三比值法 (15)

4.3.与三比值法配合使用的其它方法 (17)

摘要

电力变压器是电力系统中最主要的设备,同时也是电力系统中发生事故最多的设备之一,对其运行状况实时监测,保证其安全可靠运行,具有十分重要的意义。变压器油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映设备异常的特征量。如何以变压器油中溶解气体在线监测为手段,实现对运行变压器潜伏性故障的诊断和预测,是本文的出发点。

本文的目标是研究基于油中溶解气体分析(DGA)的电力变压器状态监测与故障分析方法,通过气体色谱分析方法实现对变压器油中溶解的七种特征气体(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)组分含量在线实时监测,从而达到对电力变压器工作状态的诊断分析。

1.导言

现代社会对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展。一方面是单台电力的容量越来越大;另一方面是电力网向着超高压的方向发展,并正组织成庞大的区域性甚至跨区域的大电网。然而,随着电力设备容量的增大和电力网规模的扩大,电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响也就越来越大。这就要求供电部门在不断提高供电质量的同时,要切实采取措施来保证电力设备的正常运行,以此来提高供电的可靠性。长期以来形成的定期检修已不能满足供电企业生产目标。激烈的市场竞争迫使电力企业面临着多种棘手的问题,例如如何提高设备运行可靠性、如何有效控制检修成本、合理延长设备使用寿命等。因此,状态检修已成为必然。而状态检修的实现,必须建立在对主要电气设备有效地进行在线监测的基础上,通过实时监测高压设备的实际运行情况,提高电气设备的诊断水平,做到有针对性的检修维护,才能达到早期预报故障、避免恶性事故发生的目的。由此可见,以变压器状态监测为手段,随时对其潜伏性故障进行诊断和预测以及跟踪发展趋势是十分必要的。

对于大型电力变压器,目前几乎大多是用油来绝缘和散热,变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质,裂解成低分子气体;变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展,裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用,就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障,其产生的气体量随故障的严重程度而异。由此可见,油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映电气设备电气异常的特征量。

溶解气体分析(Dissolved Gas Analysis简称DGA)是诊断变压器内部故障的最主要技术手段之一。根据GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》,可以通过分析油中7种分析组分H2、C2H2、C2H4、C2H6、CH4、CO和CO2的含量来判断并分析故障。通过从油样中分离出这些溶解气体,并利用色谱技术对其进行定量分析。变压器油中溶解的各种气体成分的相对数量和形成速度主要取决于故障点能量的释放形式及故障的严重程度,所以根据色谱分析结果可以进

一步判断设备内部是否存在异常,推断故障类型及故障能量等。众所周知,局部放电的在线监测方法因受现场电磁场干扰的困扰,放电量的检测、放电源的确定等目前都尚未完全解决。DGA由于能够在变压器运行的过程中进行故障诊断,不受外界电场和磁场的影响,而且可以发现油设备中一些用局部放电法所不能发现的局部性过热等缺陷,其结果反映变压器的潜伏性故障比较灵敏,有效率可达85%以上,并且易于在线实现,已被公认为监测和诊断充油电力变压器早期故障、预防灾难性事故发生的最有效的方法,因而得到了广泛的应用。

因此,基于DGA的电力变压器状态监测与故障分析系统的研究具有重要的现实意义和实用价值。

2.国内外发展现状及发展趋势

近年来,加拿大、日本等国普遍开展了在线监测变压器油中溶解气体的研究,先后推出了多种装置,成熟的在线DGA监测设备不断投入使用,对充油变压器故障气体的在线监测提供了各种解决方案。

国外较为典型的有加拿大Syprotec公司的法拉第变压器看护单元Hydran201R 智能型在线式变压器早期故障监测装置,以及美国Serveron公司的Truegas气体在线监测仪。加拿大Syprotec 公司早在二十世纪七十年代就研制了Hydran 在线氢气检测仪,目前在全世界已安装了850套Hydran 系列产品,是应用最广泛的监测系统,Syprotec 声称它已成功避免了约100次变压器灾难性事故。日本日立、三菱公司研制了能在线监测H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2六种气体的装置,但其检测周期长达7-10天,精度为15-20ppm。此外,他们还提到了一种采用局部真空来加快膜的渗透速度的方法。针对气敏传感器线性度不好的问题,可采用用FFT(快速傅立叶变换)和BP神经网络对传感器输出进行处理。近几年,国外很多公司,如AOC、MicroMonitors、UnisensorGmbH、SchwakenAG、Raychem、ABB Power Transformers公司等,纷纷研制了在线监测多种气体的系统,这些系统大多尚未商品化,而且运行时间尚短,其可靠性有待进一步检验;另外,这些装置都倾向于同时使用两种检测器(红外光谱和半导体传感器),目的是检测更多种类的气体并获得较高的精度,但这样必然加大装置结构的复杂性。最近,国外公司己开发出全组分气体的在线色谱装置,使变压器的气体在线分析技术前进了一步。例如,美国A VO公司的True-Gas变压器油中气体在线监测设备可监测多达八种气体,是目前检测气体种类最多的装置。澳大利亚红相电力设备集团的DRMCC变压器在线监测控制系统可持续、在线、多方位监测变压器的工作状态,可监测变压器的各类数据,经专家系统诊断系统分析各类数据,得出的结果能全面反映变压器的现行运行状况。但国外在线监测产品的分析软件往往都是非中文界面,存在着操作过于繁琐复杂等问题。

目前,我国对变压器状态在线监测的研究主要集中在三个方面,即变压器局部放电、变压器油氢气浓度、变压器油色谱在线监测。电科院、武高所、清华大

学、东北电力研究院、湖南电力研究所、华北电力研究院等单位分别在这几个方面积极开展了研究并研制了一些性能不错的装置,但由于监测量的局限性,从而未能对变压器运行状态有一个完整的把握。国内较为典型的同类产品的有宁波理工监测设备有限公司推出的TRAN-A、TRAN-B型变压器故障在线监测设备,东北电力科学研究院的大型变压器色谱监测,以及河南的中分仪器仪表厂生产的变压器故障在线监测设备。但是国内变压器故障油色谱在线监测设备装置普遍存在有监测气体成分单一,故障判据过于简单化等缺陷。其监测软件系统往往功能简单,故障信息未采用网络化数据库保存而是以文件的形式存在,不利于数据信息的共享和保密。

随着国内外电网的高速发展,供电企业对设备安全运行和供电可靠性要求越来越高。人们越来越关心、重视在线监测技术发展,对运行中电气设备的故障进行诊断和预测以及追踪故障发展趋势要求更高,更快的推动电力变压器状态监测设备的进步。目前国内外对电气设备油中气体在线监测和故障分析技术的研究主要呈现以下几种趋势。

(1) 多种气体的在线监测

单种气体的在线监测,只能反映油中溶解的单一气体的实时状况,只能片面的判定故障,难以分析变压器的具体故障类型。而多种气体的在线监测,则不然,能够真实反映油中溶解各种气体的实时状况变化,为诊断故障类型提供了强有力的保证。

(2) 故障诊断方法智能化

现有的特征气体法、三比值法、无编码比值法等故障诊断方法,虽在一定范围内都有其较好的性能,但都太绝对化,既不能对故障进行定位分析,又不能够有效地处理不精确性、不完全性和不确定性信息。因此,近几年来,人们相继引入模糊数学、神经网络、灰色理论、小波分析等数学方法,积极探索能够快速、准确判定具体的潜伏性故障的智能化诊断方法。

(3) 数据库大型化

数据库是存放历史数据的仓库,所保存数据种类及特征量越多越全面,时间越长,则对分析机组的故障就越有利。数据库用于保存管理各种动态历史数据及特征数据及网上数据发布。历史数据库应包括如下历史数据:定时采集动态数据、

报警动态数据、异常动态数据、人工采集动态数据、工艺量数据开关量数据、特征参数、其它测量数据。数据库的发展方向是大型,高速,实时。

(4) 通信方式便利化

在线监测的一项关键技术就是实现主控设备和远端终端设备的有效实时通信。随着计算机网络和无线通信技术的发展,使得通信方式有了更大的选择空间,通信的距离和准确度都大大提高。

3.变压器油中溶解气体在线监测方法的基本原理

3.1.变压器常见故障类型

电力变压器故障类型划分的方式较多,按变压器结构区分有以下几种较常见的故障类型。

1)出口短路故障

出口短路故障是指运行变压器由于受出口短路故障的影响而遭受到的破坏。变压器出口短路时,其高、低压绕组可能同时通过数十倍于额定值的短路电流,它将产生很大的热量,使变压器严重发热,损坏绝缘

2)绕组故障

各类变压器的绕组均是由带绝缘层的绕组导线按一定排列规律和绕向,经绕制、整形、浸烘、套装而成。由于绕组在生产时的不当、运输中受伤、运行中受潮、受各类过电压及过电流冲击等,致使绕组绝缘受到损伤、老化、劣化,造成绕组的短路、断路、变形等故障,由此可能造成变压器内部出现局部过热、局部放电、火花放电、电弧放电等故障。

a、局部放电

当电场强度超过某一极限值(耐压值)时,绝缘油等电介质将失去绝缘作用,在此过程中,若强电场区只局限于电极附近很小的区域内,则电介质只遭受局部损坏,产生放电脉冲电流,此现象即为电介质的局部放电。若强电场的区域很大,形成贯穿性的通道,造成极间短路,则为电介质的击穿。局部放电往往是液体或固体电介质击穿的前奏,若不及时消除,有可能发展为击穿故障。

b、火花放电

在通常大气压下,当电压增高一定值后,气隙中突然发生断续而明亮的火花,在电极间伸展出细光束,此种放电称为火花放电。其特点是放电过程不稳定,击穿后形成收细的发光放电通道,而不再扩散于整个间隙的空间。

c、电弧放电

当电源功率足够大!外电路电阻较小时,气隙火花放电之后,可形成非常明亮的连续弧光,此种放电称为电弧放电。其特点是弧温较高,电弧不易熄灭,电

路具有短路的特征。

火花放电与电弧放电对于变压器的危害最大,因为此类放电的能量密度高,在电应力的作用下会产生高速电子流,固体绝缘材料、金属材料等遭受这些电子轰击后将受到严重破坏,与此同时产生的大量气体一方面会进一步降低绝缘强度,另一方面还含有较多的可燃气体。若不及时处理,严重时有可能造成设备的重大损坏或爆炸事故。

3)铁芯故障

变压器的器身主要是由绕组和铁芯构成,它们是变压器传递、交换电磁能量的主要部件。铁芯不仅要求质量好,还必须有可靠的一点接地。铁芯只有一点接地时,变压器才能正常运行,当出现两点及以上的接地时将可能导致铁芯中产生涡流,铁耗增加,铁芯局部过热。严重的多点接地甚至会使接地线烧断,使变压器失去正常的一点接地,遭受严重损坏。

3.2.变压器内部故障类型与油中溶解特征气体含量的关系

在正常情况下,变压器油在热和电的作用下,逐渐老化和分解,会缓慢地产生少量的低分子烃类,在故障处有纤维材料时,还会产生CO和CO2气体。当变压器内部存在潜伏性的局部过热和局部放电故障时,就会加快产气的速度。一般说来,对于不同性质的故障,绝缘物分解产生的气体不同;而对于同一性质的故障,由于程度不同,所产生的气体数量也不同。所以,根据油中气体的组分和含量,可以判断故障的性质及严重程度。变压器内部故障方式主要有机械的、热的和电的三种类型,而又以后两种为主,且机械性故障常以热的或电的故障形式表现出来。表1对359台故障变压器的故障类型进行统计的结果可以看出,运行中变压器的故障主要有过热性故障和高能放电性故障。根据模拟试验和大量的现场试验,电弧放电的电流大,变压器油主要分解出C2H2、H2及较少的CH4;局部放电的电流较小,变压器油主要分解出H2和CH4;变压器油过热时分解出H2和CH4、C2H4等,而纸和某些绝缘材料过热时还分解出CO和CO2等气体。我国现行的《变压器油中溶解气体分析和判断导则》(GB/T7252-2001),将不同故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体归纳为表2。同时,通过对变压器在运行中发生的大量事故的诊断和吊芯检验,在表3中列出了变压器典型故障。

表1 变压器故障类型的统计

表 2 变压器不同故障类型产生的气体

表 3 变压器的典型故障

(1) 热性故障

热性故障是由于热应力所造成的绝缘加速老化,具有中等水平的能量密度。过热故障的原因有:分接开关接触不良引起的为50%,铁芯多点接地和局部短路或漏磁环流占33%,导线过热和接头不良或紧固件松动占14.4%,因局部油道堵塞造成局部散热不良约占 2.6%。当变压器发生低温过热时,有一部分变压器油中氢与氢烃(H2+C1+C2)总量之比高于27%;而中高温过热故障时,氢气占氢烃总量的27%以下;当高温过热(>700℃)时,特征气体主要是C2H4,其次是CH4,两者之和一般占总烃的80%以上。除C2H4、CH4之外还有C2H6和H2,严重过热时,也会产生微量C2H2,其最大含量不超过总烃量的6%。当涉及固体材料时则还会产生大量CO、CO2。

当发生裸金属过热使周围的油受热分解时,产生的气体主要是H2和烃类(CH4、C2H2),当发生固体绝缘材料介入热分解时,也会有大量的CO和CO2产生。变压器内部发生这类故障的原因,主要有:分接开关接触不良,引线和分接开关连接处焊接不良,导线和套管连接处导电不良,铁芯多点接地和局部短路过热等。

纸、纸板、布带、木材等固体绝缘材料受热分解时,其特征是烃类气体含量不高,所产生的气体主要是CO和CO2。产生这一内部故障的原因主要是变压器长期过负荷运行,使固体绝缘大面积过热,或者是由于裸金属过热,引起邻近固体绝缘局部过热。

(2) 电性故障

变压器内部由于放电而使绝缘材料分解产生大量气体,根据放电时能量级别不同,可以分为高能量放电(电弧放电)、低能量放电(火花放电)和局部放电等不同故障类型。

①电弧放电,以线圈匝、层间击穿为多见,其次是引线断裂或对地闪络和分接开关飞弧等故障模式。其特点是产气急剧、量大,尤其是匝、层间绝缘故障,因无先兆现象,一般难以预测。产生的特征气体主要是C2H2和H2,但也有相当数量的CH4和C2H4。

②火花放电,常发生在以下情况:引线或套管储油柜对电位未固定的套管

导电管放电;引线局部接触不良或铁芯接地片接触不良,而引起放电;分接开关拨叉电位悬浮而引起放电。特征气体以C2H2和H2为主,但也有相当数量的CH4、C2H6,有时也有CO和CO2的增加。因故障能量小,一般总烃含量不高。油中溶解的C2H2在总烃中所占比例可达25-90%,C2H4含量则小于20%,H2占氢烃总量的30%以上。

③局部放电,随放电能量密度的不同而不同,一般总烃含量不高,特征气体主要是H2,其次是CH4,通常H2占氢烃的90%以上,CH4占总烃的90%以上。放电能量密度增高时也可出现C2H2,但在总烃中所占比例一般小于2%,这是和上述两种放电现象区别的主要标志。

(3) 受潮

当变压器内部进水受潮时,能引起局部放电而产生H2,水分在电场作用的电解作用下与铁发生化学反应,也可产生大量H2。故障受潮设备中H2在氢烃总量中占比例更高,有时局部放电和受潮同时存在,其特征气体同局部放电所反映的特征气体极为相似,故单靠油中气体分析结果尚难加以区分,必要时要根据外部检查和其它试验结果加以综合判断。

4.基于油中特征气体组分的故障诊断方法

在实际应用中,分析油中特征气体的组分、含量与故障性质之间的关系的常用方法有:特征气体法、三比值法、与三比值法配合使用的其它方法。

4.1.特征气体法

变压器油中溶解的特征气体可以反映故障点引起的周围油、纸绝缘的热分解本质。气体组分特征随着故障类型、故障能量及其涉及的绝缘材料的不同而不同,表4给出了故障点产生烃类气体的不饱和度与故障源的能量密度之间有密切关系。

表4 判断故障性质的特征气体法

从表 4 所统计的结果可知:每种故障产生的特征气体都有C2H2,但热故障和电故障产生的特征气体中C2H2的含量差异很大;低能量的局部放电并不产生C2H2,或仅仅产生很少量的C2H2。因此,C2H2既是故障点周围绝缘油分解的特征气体,而C2H2的含量又是区分过热和放电两种故障性质的主要指标。由于大部分过热故障,特别是出现高温热点时,也会产生少量C2H2,因此不能认为凡有C2H2出现的故障,都视为放电性故障。例如1000℃以上时,会有较多的C2H2出现。但1000℃以上的高温既可以由能量较大的放电引起,也可以由导体过热而引起;又如分接开关出现热故障时也出现有C2H2,实际上一般只是由高温过热点产生C2H2,不应该因有C2H2而认为裸金属过热并伴有放电。H2是油中发生放电分解的特征气体,但是H2的产生又不完全由放电引起。当H2含量增大,而其他组分不增加时,有可能是由于变压器进水或有气泡引起水和铁的化学反应,

或在高电场强度下,水或气体分子的分解或电晕作用所致;如果伴随着H2含量超标,CO、CO2含量较大,即是固体绝缘受潮后加速老化的结果。

在变压器中,主要的绝缘材料是绝缘油和绝缘纸、纸板等,它们在运行中受多种因素的作用将逐渐老化,分解产生的主要气体是CO 和CO2,因此可将CO 和CO2作为油纸绝缘系统中固体材料分解的特征气体。

综上所述,并根据对各类大型电力变压器的诊断和检查结果进行的比较、分析,在表5 中归纳出特征气体中主要成分与异常情况的关系。

表 5 特征气体与异常情况对照表

特征气体判断法对故障性质有较强的针对性,比较直观方便,缺点是没有明确量的概念。特征气体法虽可对故障性质作出判断,但是要对故障性质作进一步的探讨,预估故障源的温度范围等,还必须找出故障气体组分的相对比值与故障点温度依赖关系及其变化规律,即组分比值法。

4.2.三比值法

研究证明,变压器故障诊断不能只依赖于油中溶解气体的组分含量,还应取决于气体的相对含量;基于上述观点,产生了以CH4/H2,C2H6/CH4,C2H4/C2H6,C2H2/C2H4的四比值法。由于在四比值法中C2H6/CH4的比值只能有限地反映热分解的温度范围。于是国际电工委员会(IEC)将其删去而推荐采用三比值法。随后,在人们大量应用三比值法的基础上,IEC对与编码相应的比值范围、编码组合及故障类别进行了改良,得到了目前推荐的改良三比值法(以下简称三比值法)。

三比值法的原理是:根据变压器内油和绝缘物在故障下裂解产生气体组分含量的相对浓度与温度的相互依赖关系,从5种特征气体中选用两种溶解度和扩散

系数相近的气体组分组成三对比值,以不同的编码表示;根据表6的编码规则和表7的故障类型判断方法作为诊断故障性质的依据。这种方法消除了油的体积效应影响,是判断变压器故障类型的主要方法,并可以得出对故障状态较可靠的诊断。表6和表7是我国GB/T7252-2001《导则》推荐的改良三比值法(类似于IEC 推荐的改良三比值法)的编码规则和故障类别判断方法。

表6 三比值法的编码规则

表7 故障类型判断方法

应用三比值法时应当注意的问题有:

①只有根据气体各组分含量的注意值或气体增长率的注意值判断设备可能存在故障时,气体比值才是有效的。对气体含量正常,比值没有意义。

②假如气体的比值与以前的不同,可能有新的故障重叠在老故障或正常老化上。为了得到仅仅相应于新故障的气体比值,要从最后一次的分析结果中减去

上一次的分析数据,并重新计算比值。

③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,而实际是存在的。在实际中可能出现没有包括在表中的比值组合,对于某些组合的判断正在研究中。

总之,虽然目前三比值法准确率相对较高,应用较为广泛,但是由于故障分类本身存在模糊性,每一组编码与故障类型之间也具有模糊性,三比值还未能包括和反映变压器内部故障的所有形态,所以它还在不断发展和积累经验,并继续进行改良,以便更全面地反映故障信息。

4.3.与三比值法配合使用的其它方法

由于三比值法存在着不足,因此在对运行中的充油变压器进行故障诊断时,还需要一些配套的辅助方法。为此,我国现行的GB/T7252-2001《导则》推荐了其它几种辅助方法。

1、比值CO2/CO

当故障涉及固体绝缘时,会引起CO和CO2含量的明显增长。根据现有的统计资料,固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的老化分解,表现在油中CO和CO2的含量上,一般没有严格的界限,规律也不明显。这主要是由于从空气中吸收CO2、固体绝缘老化及油的长期氧化形成CO和CO2的基值过高造成的。开放式变压器溶解空气的饱和量为10%,设备里可以含有来自空气中的300μ/μL 的CO2。在密封设备里,空气也可能经泄漏而进入设备油中,这样,油中的CO2浓度将以空气的比率存在。经验证明,当怀疑设备固体绝缘材料老化时,一般CO2/CO>7。当怀疑故障涉及固体绝缘材料时(高于200℃),可能CO2/CO<3。

2、比值O2/N2

一般在油中都溶解有O2和N2,这是油在开放式设备的储油罐中与空气作用的结果,或密封设备泄漏的结果。在设备里,考虑到O2和N2的相对溶解度,油中的O2/N2的比值反映空气的组成,接近0.5。运行中由于油的氧化或纸的老化,这个比值可能降低,因为O2的消耗比扩散更迅速。负荷和保护系统也可影响这个比值。但当O2/N2<0.3时,一般认为是出现了氧被极度消耗的迹象。

3、比值C2H2/H2

在充油电力变压器中,有载调压操作产生的气体与低能量放电的情况相符。假如某些油或气体在有载调压油箱与主油箱之间相通,或各自的储油罐之间相通。这些气体可能污染主油箱的油,并导致误判断。

主油箱中C2H2/H2>2,认为是有载调压污染的迹象,这钟情况可利用比较主油箱和储油罐的油中溶解气体浓度来确定。气体比值和乙炔浓度值依赖于有载调压的操作次数和产生污染的方式(通过油或气)。

4、气体比值的图示法

利用气体的三对比值,在立体坐标图上建立图1所示的立体图示法,可方便地直观不同类型故障的发展趋势。利用CH4、C2H2和C2H4的相对含量,在图2所示的三角形坐标图上判断故障类型的方法也可辅助这种判断。

图示法对在三比值法或溶解气体解释表中给不出诊断的情况下是很有用的,因为它们在气体比值的极限之外。使用图1的最接近未诊断情况的区域,容易直观地注意这种情况的变化趋势。在这种情况下,图2总能提供一种诊断。为了显示清楚,图1中轴以10为极限,但实际上是无限的,这更适合利用计算机软件显示。

图1 立体图示法

图 2 中,PD-局部放电,D1-低能放电,D2-高能放电,T1-热故障t﹤300℃,T2-热故障300℃﹤t﹤700℃,T3-热故障t﹥700℃

图2 大卫三角法

参考文献

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变压器油中溶解气体在线监测概要

变压器油中溶解气体在线监测方法研究

摘要 (3) 1. 导言 (4) 2. 国内外发展现状及发展趋势 (6) 3. 变压器油中溶解气体在线监测方法的基本原理 (9) 3.1.变压器常见故障类型 (9) 3.2.变压器内部故障类型与油中溶解特征气体含量的关系 (10) 4. 基于油中特征气体组分的故障诊断方法 (14) 4.1.特征气体法 (14) 4.2.三比值法 (15) 4.3.与三比值法配合使用的其它方法 (17)

摘要 电力变压器是电力系统中最主要的设备,同时也是电力系统中发生事故最多的设备之一,对其运行状况实时监测,保证其安全可靠运行,具有十分重要的意义。变压器油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映设备异常的特征量。如何以变压器油中溶解气体在线监测为手段,实现对运行变压器潜伏性故障的诊断和预测,是本文的出发点。 本文的目标是研究基于油中溶解气体分析(DGA)的电力变压器状态监测与故障分析方法,通过气体色谱分析方法实现对变压器油中溶解的七种特征气体(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)组分含量在线实时监测,从而达到对电力变压器工作状态的诊断分析。

1.导言 现代社会对能源的巨大需求促进了电力工业的飞速发展。一方面是单台电力的容量越来越大;另一方面是电力网向着超高压的方向发展,并正组织成庞大的区域性甚至跨区域的大电网。然而,随着电力设备容量的增大和电力网规模的扩大,电力设备故障给人们的生产和现代生活所带来的影响也就越来越大。这就要求供电部门在不断提高供电质量的同时,要切实采取措施来保证电力设备的正常运行,以此来提高供电的可靠性。长期以来形成的定期检修已不能满足供电企业生产目标。激烈的市场竞争迫使电力企业面临着多种棘手的问题,例如如何提高设备运行可靠性、如何有效控制检修成本、合理延长设备使用寿命等。因此,状态检修已成为必然。而状态检修的实现,必须建立在对主要电气设备有效地进行在线监测的基础上,通过实时监测高压设备的实际运行情况,提高电气设备的诊断水平,做到有针对性的检修维护,才能达到早期预报故障、避免恶性事故发生的目的。由此可见,以变压器状态监测为手段,随时对其潜伏性故障进行诊断和预测以及跟踪发展趋势是十分必要的。 对于大型电力变压器,目前几乎大多是用油来绝缘和散热,变压器油与油中的固体有机绝缘材料在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质,裂解成低分子气体;变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。随着故障的缓慢发展,裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用,就会不断地溶解在油中。同一类性质的故障,其产生的气体量随故障的严重程度而异。由此可见,油中溶解气体的组分和含量在一定程度上反映出变压器绝缘老化或故障的程度,可以作为反映电气设备电气异常的特征量。 溶解气体分析(Dissolved Gas Analysis简称DGA)是诊断变压器内部故障的最主要技术手段之一。根据GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》,可以通过分析油中7种分析组分H2、C2H2、C2H4、C2H6、CH4、CO和CO2的含量来判断并分析故障。通过从油样中分离出这些溶解气体,并利用色谱技术对其进行定量分析。变压器油中溶解的各种气体成分的相对数量和形成速度主要取决于故障点能量的释放形式及故障的严重程度,所以根据色谱分析结果可以进

变压器油中溶解气体的成分和含量

变压器油中溶解气体的成分和含量 与充油电力设备绝缘故障诊断的关系 摘要:介绍了通过分析变压器油中溶解气体的成分和含量以判断充油电力设备故障的机理和方法。 关键词:变压器;变压器油;气相色谱法;比值法 1 前言 气相色谱法一直是国内外许多电力设备制造厂作为检验质量、开发新产品的有力工具。实践证明,用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。故在1999年颁布执行的电力设备预防性试验规程中,把油中气体色谱分析放在“电力变压器及电抗器”试验的首位。某些变压器厂家在其产品中还装设了DGA(dissolved gas analysis,即溶解气体分析)自动检测报警系统。 2 故障分析的机理 充油的电力设备(如变压器、电抗器、电流互感器、充油套管和充油电缆等)的绝缘主要是由矿物绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料(如电缆纸、绝缘纸板等)所组成。其中 矿物绝缘油即变压器油,是石油的一种分镏产物,其主要成分是烷烃(C n H 2n+2 )、环烷族饱 和烃(C n H 2n )、芳香族不饱和烃(C n H 2n-2 )等化合物。有机绝缘材料主要是由纤维素(C 6 H 10 O 5 ) n 构成。在正常运行状态下,由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质,会分解出极少量的气 体(主要有氢H 2、甲烷CH 4 、乙烷C 2 H 6 、乙烯C 2 H 4 、乙炔C 2 H 2 、一氧化碳CO、二氧化碳CO 2 等7种)。当电力设备内部发生过热性故障、放电性故障或受潮情况时,这些气体的产

量会迅速增加。表1列出气体的种类与外施能量的关系。 这些气体大部分溶解在绝缘油中,少部分上升在绝缘油的面上,例如变压器有一部分气体从油中逸出进入气体继电器(瓦斯继电器)。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,定期测量溶解于油中的气体组织成分和含量,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。 表1 气体种类与外施能量的关系 气体CO CO2H2CH4C2H6C2H4C2H2 能量/J 3特征气体色谱的分析和判断 判断有无故障的两种方法 与油中溶解气体的正常值作比较判定有无故障 若氢和烃类气体不超过表2所列的含量,则认为电力设备运行正常。 表2 油中溶解气体的正常值 气体成分H2CH4C2H6C2H4C2H2总烃(C1+C2) 正常极限值/μ1004535555100 根据总烃产气速率判定有无故障 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。绝对产气速率V:

变压器油中溶解气体分析与诊断

变压器油中溶解气体分析与诊断 摘要 变压器在线监测及故障诊断技术,对提高电力系统的安全稳定性具有十分重要的意义。其中基于油中溶解气体分析的在线监测技术是变压器在线监测中最普遍,也是最重要的技术。目前己投入使用的油中溶解气体在线监测系统普遍存在一些不足,如检测气体种类少、准确度及精确度不高、体积大、成本高等。 本文对变压器油色谱在线监测及故障诊断系统进行了研究,分析了其它色谱在线监测方法的种种不足,对其进行了改进,设计了一套变压器油在线监测系统,能够及时、准确地监测变压器油中溶解的各种特征气体,实时地反映设备的运行状态,并对故障诊断算法进行了仿真。在获得真实可靠的监测数据的基础上,建立了一个诊断模型,并对该模型进行了仿真,仿真结果表明三比值法、四比值法等故障诊断方法有一定的优越性,能够比较准确地定性和定量地对故障做出判断,为电力运营部门提供有用的决策依据。 分析了变压器油中溶解气体的发展变化规律,研究了变压器油中溶解气体和故障类型之间的关系。对常用的三比值模型进行深入研究,总结了各种模型的特点和适用范围。论述了用三比值进行变压器油中溶解气体分析,诊断和预测变压器故障的有效性和可行性。 关键词:变压器油中溶解气体在线监测故障诊断

目录 第一章绪论 (4) 1.1变压器 (4) 1.1.1变压器的分类 (4) 1.1.2电力变压器的选型原则 (6) 1.1.3变压器的作用及其意义 (13) 1.2变压器油 (14) 1.2.1变压器油简介 (14) 1.2.2变压器油国内外发展现状 (15) 第二章.变压器油中溶解气体分析与诊断 (17) 2.1.利用CO、CO2浓度及CO2/CO比值诊断固体绝缘老化 (17) 2.2.利用mL(CO2+CO)/g(纸)诊断变压器绝缘寿命 (19) 2.3利用油中糠醛分析诊断变压器绝缘老化 (20) 2.3.1概述 (20) 2.3.2.油中糠醛含量测试方法 (21) 2.3.4利用油中糠醛诊断变压器绝缘寿命 (23) 2.4固体绝缘老化的综合诊断 (29) 3 变压器油的运行维护 (30) 3.1变压器油的选择 (30) 3.1.1变压器油的质量标准 (30) 3.1.2变压器油在低温下的特性 (31) 3.2 混油、补油和换油 (33) 3.2.1 混油和补油 (33) 3.2.2换油 (34) 3.3 运行变压器油的防劣措施 (36) 3.3.1 隔膜密封装置 (36) 3.3.2 净油器 (37) 3.4 变压器油的金属减活(钝化)剂 (42)

变压器油中气体分析

变压器油中气体分析 通过培训掌握绝缘油中气体含量分析,气相色谱技术是近年来兴起的一项新技术,能够对运行中的变压器进行实时监测,通过采集变压器箱体内的少量油样,分析油中气体的组分及其含量,就可以判断变压器是否存在故障、故障的性质以及故障的大致部位。 油浸式变压器一旦出现故障,将造成影响现场生产,甚至造成机组停机,损失巨大。及时了解油浸变压器内部运行情况并发现故障苗头,对保证变压器安全、可靠、优质运行有十分重要的意义。 一、气相色谱法的原理和意义 色谱法它是一种物理分离技术。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的,叫做固定相,另一相则是推动混合物流过此固定相的流体,叫做流动相。当流动相中所含的混合物经过固定相时,就会与固定相发生相互作用。由于各组分在性质与结构上的不同,相互作用的大小强弱也有差异。因此在同一推动力作用下,不同组分在固定相中的滞留时间有长有短,从而按先后秩序从固定相中流出,这种借在两相分配原理而使混合物中各组分获得分离的技术,称为色谱法。当用液体作为流动相时,称为液相色谱,当用气体作为流动相时,称为气相色谱。 气相色谱法的一般流程主要包括三部分:载气系统、色谱柱和检测器。 当载气携带着不同物质的混合样品通过色谱柱时,气相中的物质一部分就要溶解或吸附到固定相内,随着固定相中物质分子的增加,从固定相挥发到气相中的试样物质分子也逐渐增加,也就是说,试样中各物质分子在两相中进行分

配,最后达到平衡。这种物质在两相之间发生的溶解和挥发的过程,称分配过程。分配达到平衡时,物质在两相中的浓度比称分配系数,也叫平衡常数,以K表示,K=物质在固定相中的浓度/物质在流动相中的浓度,在恒定的温度下,分配系数K是个常数。 由此可见,气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相间具有不同的分配系数,当两相作相对运动时,试样的各组分就在两相中经反复多次地分配,使得原来分配系数只有微小差别的各组分产生很大的分离效果,从而将各组分分离开来。然后再进入检测器对各组分进行鉴定。 不同的故障会产生不同的主要特征气体和次要特征气体,这些故障气体的组成和含量与故障类型及严重程度有密切关系。分析溶解于油中的气体,就能尽早发现设备内部存在的潜伏性故障,并可随时监视故障的发展状况。因此,国家规程对于变压器油中各种气体的含量有着明确而严格的要求。特别是对于乙炔,它是反映故障放电的主要指标,一旦出现,就可能是变压器内部严重故障的反应。因此对于变压器油中乙炔的含量应严格要求和追踪。对于出现含乙炔的变压器油的变压器,应严格按规定进行追踪分析判断,并结合电气试验,对变压器内部运行做出正确的分析判断。当变压器油中的油气组分超标时,我们可以认为其设备内部就可能存在故障。气相色谱技术的运用充分解决了这一难题。变压器油气的色谱分析及色谱追踪试验,能够真实有效的反映设备的运行情况,对于尽早发现设备内部过热或放电性故障,及早预防保证设备的正常运行,有着重要的作用。 二、绝缘油气体在线装置工作原理 变压器在发生故障前,在电、热效应的作用下,其内部会析出以H2为主的

变压器油色谱在线检测装置说明书

OGM-701 变压器油色谱在线监测装置 产品使用手册 山东五岳电器有限公司 2012年11月

目录 1 概述 (2) 2 技术指标 (2) 3仪器工作原理 (2) 4系统组成说明 (3) 5安装装置 (4) 6仪器操作说明 (5) 7装置接线端子图 (6)

1 概述 变压器油色谱在线监测装置能够连续监测运行变压器油中氢气、一氧化碳、乙烯、乙炔气体的含量,已达到检测潜伏性故障的目的。该装置结构设计合理,解决了在线油气分离、自动控制操作程序等关键技术,自动化程度高,分析速度快,便于维护。从而帮助电力系统维护人员及时了解变压器绝缘状况及其劣化趋势,使得发生重大绝缘事故之前,进行计划维修,避免不必要的停机。 仪器的主要特点: 1、全微机化操作 实现了监测器控制、监测周期自动设置等全微机操作,是操作极为方便。 2、高灵敏度的气体传感器 采用性能优秀的高灵敏度的电化学传感器,使分析结果的灵敏度大大提高。 3、自诊断功能 根据国标提供的监测标准,实现了在线故障诊断功能。 4、操作使用简单 使用油色谱在线监测仪不需要专门的操作培训,即便是初学者也能在很短的时间内熟练操作。 2 技术指标 1、仪器监测气体浓度范围及其灵敏度 检测范围 5~2000ppm±10% 灵敏度 5ppm 2、系统电源:AC220v,50Hz,2A以上 3仪器工作原理 根据GB7252-87《变压器油中溶解气体分析和判断导则》的要求,油色谱对变压器故障诊断是一个重要的指标。结合当前脱气技术和气体传感器技术的情况,

选用氢气、一氧化碳、乙烯、乙炔4种气体作为变压器的故障特征气体,对产气速率加以重点关注,以气体含量和产气速率两项指标作为故障判断的依据,能及时的反应变压器运行状态,为设备的计划检修过渡到状态检修提供前提条件。 电力变压器油色谱在线监测系统技术方案原理如图1所示。采用高分子透气膜实现自动脱气,通过多次试验,获得平衡转换系数,从而使测量气室中的气体浓度能准确的推断出油中溶解气体的实际浓度。采用高灵敏度气体传感器,连续监测气室中混合气体含量。通讯单元把数据传送到上位机监测软件数据库中,检测软件在把气室中的气体转换成油色谱含量。图2所示,上位机检测软件存储、分析气体的含量,并能够显示气体含量的走势图、进行故障诊断、故障报警。该系统还具有查看历史记录、打印报表、设备档案管理等功能。 图1 电力变压器油色谱在线监测系统 图2电力变压器油色谱在线监测软件系统 4系统组成说明 1、油气分离单元 2、数据采集及其系统控制单元

应用油中溶解气体分析法判断变压器故障

编号:AQ-JS-03420 ( 安全技术) 单位:_____________________ 审批:_____________________ 日期:_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 应用油中溶解气体分析法判断 变压器故障 Application of dissolved gas analysis in oil to judge transformer fault

应用油中溶解气体分析法判断变压 器故障 使用备注:技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解,进而形成更加科学的技术安全观,并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施,最终达到提高安全性的目的。 1根据油中溶解气体进行变压器故障诊断 变压器油是由具有不同键能的化学键键合在一起的碳氢化合物分子组成的。它作为良好的介质材料在变压器中起绝缘、散热、灭弧等作用,并有其特殊的性能。 在正常运行条件下,变压器油和固体绝缘材料由于受到电场、热、水分、氧的作用,随时间而发生速度缓慢的老化现象,产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物等。 当变压器在故障状态下运行时,故障点周围的变压器油温度升高,其化学键断裂,形成多种特征气体。因不同键能的化学键在高温下有不同的稳定性,根据热力动力学原理,油裂解时生成的任何一种气体,其产气速率都随温度而变化,在一特定温度下达到最大

值。随着温度的上升,最大值出现的顺序是:甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)。在温度高于1000℃时,还有可能形成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。故障下产生的气体通过运动、扩散、溶解和交换,将热解气体分子传递到变压器油的各部分。 油中溶解气体分析法就是根据故障下产气的累计性、故障下的产气速率和故障下产气的特性来检测与诊断变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障的。 2采用色谱法分析变压器故障的注意事项 (1)发现特征气体组分含量增长时,应缩短跟踪分析周期,并结合历史数据、产气速率、负荷情况、电气试验、新投运设备出厂前的状况、检修工艺流程等,确定故障是由于电路还是磁路或是其它原因,如辅助设备、设备材料、检修工艺等引起的,以缩小检修时的故障查找范围。 (2)由于取样阀中某些特殊的材料(如含镍不锈钢合金等)的催化作用,生成大量的氢气聚集在取样阀周围;取样阀在进行焊接后,大量在高温下产生的特征气体同样会聚集在取样阀的周围,此时取

变压器油中溶解气体分析的原理及方法8页

变压器油中溶解气体分析的原理及方法 充油电力变压器在正常运行过程中受到热、电和机械方面力的作用下逐渐老化,产生某些可燃性气体,当变压器存在潜伏性故障时,其气体产生量和气体产生速率将逐渐明显,人们取变压器油样使用气相色谱方法获得油中溶解的特征气体浓度后,就可以对变压器的故障情况进行分析。由于大型充油电力变压器是一个非常复杂的电气设备,变压器存在潜伏性故障时与多种因素存在耦合,特征气体形成涉及的机理十分复杂,这些机理及由这些机理导出的诊断方法对智能诊断方法有很好的借鉴意义。 1 变压器油及固体绝缘的成份及气体产生机理分析 虽然SF6气体绝缘、蒸发冷却式气体绝缘变压器和干式变压器、交联聚乙烯绕组变压器等有着良好的发展前景,但是变压器油优良的绝缘和散热能力是它们所不能替代的,目前高电压、大容量的电力变压器仍然普遍采用充油式。充油电力变压器内部的主要绝缘材料是变压器油、绝缘纸和纸板等A 级绝缘材料,当运行年限为20年左右时,最高允许的温度为105℃左右。变压器油中特征气体是由变压器油及固体绝缘产生的,与它们的性能存在着密切的关系。 1 变压器油的成份及气体产生机理 变压器油是由天然石油经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它是由各种碳氢化合物所组成的混合物,其中碳、氢两元素占全部重量的95%~99%。主要的碳氢化合物有环烷烃(50%以上)、烷烃(10%~40%)和芳香烃(5%~15%)组成[9]。不同变压器油各种成份的含量有些不同。 变压器油中不同烃类气体的性能是不同的。环烷烃具有较好的化学稳定性和介电稳定性,黏度随温度的变化很小。芳香烃化学稳定性和介电稳定性也较好,在电场作用下不析出气体,而且能吸收气体;但芳香烃易燃、黏度大、凝固点高,且在电弧的作用下生成的碳粒较多,会降低油的电气性能。环烷烃中的石蜡烃具有较好的化学稳定性和易使油凝固,但在电场的作用下易发生电离而析出气体,并形成树枝状的X蜡,影响油的导热性。 变压器油在运行中受到温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催化作用会形成某些氧化物及其油泥、氢、低分子烃类气体和固体X蜡等,这就是绝缘油的老化和劣化作用。正常的老化和劣化情况下,变压器油中仅能产生少量的气体,通常它们的含量在临界值之下。

变压器油色谱在线监测系统

ES-Y102变压器油色谱在线监测系统 产品说明书福州亿森电力设备有限公司

目录 1、前言..................................................................错误!未定义书签。 2、产品简介 (6) 3、系统组成 (6) 4、工作原理 (7) 5、技术特点 (8) 6、技术参数 (10) 7、装置安装 (11) 8、在线分析及故障诊断专家系统软件 (12)

1、基本介绍 ES-2010油色谱在线监测系统是集控制、测量分析技术于一体的精密设备,对变压器等油浸电力设备进行在线监测,及在线及时准确检测出绝缘油中溶解的各种故障特征气体浓度及变化趋势,这些气体包括氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。ES-2010油色谱在线监测系统能够快速准确的进行油色谱分析,实现完全在线监测油浸式电力设备的运行信息,为变压器等油浸电力设备的长期稳定运行提供了可靠保证。 2主要特点编辑 1、独特的内置油循环系统 2、世界最先进的真空脱气方式 3、专用复合色谱柱 4、高灵敏度的气敏传感器 ES-2010 5、高精度恒温控制系统 6、最新诊断技术

7、先进的数据处理算法 3产品简介编辑 系统组成: 系统由前端脱气装置(ESTAM-sp)、数据处理器(ESTAM-sm)和系统分析管理软件(ESTAM-st)三部分组成 系统特点: ◆油气分离采用一体化气室,密封性能好 ◆高性能渗透膜抗压力强、平衡快、使用寿命长 ◆数据采集器可自动检测并储存多天的检测数据,主控计算机随时实施数据上传 ◆系统数据处理软件实现数据自动上传、自动捕峰、自动出峰增益和自动故障诊断 ◆系统数据通讯支持TCP/IP网络协议,可实现远程检测诊断和系统远程维护 ◆系统检测前端小,便于维护和现场安装 ◆全汉化软件系统,界面友好、操作方便 在线油色谱检测系统 技术参数:

变压器油中气体分析

变压器 TRANSFORMER 2000 变压器油中溶解气体的成分和含量 与充油电力设备绝缘故障诊断的关系 张利刚 摘要:介绍了通过分析变压器油中溶解气体的成分和含量以判断充油电力设备故障的机理和方法。 关键词:变压器;变压器油;气相色谱法;比值法 中图分类号:TM411;TM406 文献标识码:B 文章编号:1001-8425(2000)03-0039-04 Relation between the Composition & Contents of Dissolved Gases in Transformer Oil and Insulation Fault Diagnosis of Oil-Filled Power Equipment ZHANG Li-gang Abstract:The mechanism and method of estimating the oil-filled power equipment fault through analyzing the composition & contents of dissolved gases in transformer oil are introduced.

Key words:Transformer; Transformer oil; Gas Chromatography; Ratio method 1 前言 气相色谱法一直是国内外许多电力设备制造厂作为检验质量、开发新产品的有力工具。实践证明,用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。故在1999年颁布执行的电力设备预防性试验规程中,把油中气体色谱分析放在“电力变压器及电抗器”试验的首位。某些变压器厂家在其产品中还装设了DGA(dissolved gas analysis,即溶解气体分析)自动检测报警系统。 2 故障分析的机理 充油的电力设备(如变压器、电抗器、电流互感器、充油套管和充油电缆等)的绝缘主要是由矿物绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料(如电缆纸、绝缘纸板等)所组成。其中矿物绝缘油即变压器油,是石油的一种分 镏产物,其主要成分是烷烃(C n H 2n+2 )、环烷族饱和烃(C n H 2n )、芳香族不饱 和烃(C n H 2n-2 )等化合物。有机绝缘材料主要是由纤维素(C 6 H 10 O 5 ) n 构成。在 正常运行状态下,由于油和固体绝缘会逐渐老化、变质,会分解出极少 量的气体(主要有氢H 2、甲烷CH 4 、乙烷C 2 H 6 、乙烯C 2 H 4 、乙炔C 2 H 2 、一氧 化碳CO、二氧化碳CO 2 等7种)。当电力设备内部发生过热性故障、放电性故障或受潮情况时,这些气体的产量会迅速增加。表1列出气体的种类与外施能量的关系。 这些气体大部分溶解在绝缘油中,少部分上升在绝缘油的面上,例如变压器有一部分气体从油中逸出进入气体继电器(瓦斯继电器)。经验

油色谱在线监测系统调试手册

ES-2010 变压器油色谱在线监测系统 使 用 手 册 第一章 基本说明 福州亿森电力设备有限公司非常感谢您选用 ES-2010 变压器油色谱在线监测系统。为确保安全正确的使用本系统,请在使用前一定详细阅读本使用手册。阅读后请妥善保存,以便必要时查阅。 本使用手册在安全规程上采用如下三种方式强调一些重要事项: 警告 这种警示栏是指对生命和健康有一定危险的提示。忽视这种警告可能导致严重的或 致命的伤害。 1.1 规定用途 ES-2010 变压器油色谱在线监测系统是用于电力变压器油中溶解气体的在线分析与故障诊断,适用于 110kV 及以上电压等级的电力变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等油浸式高压设备。 当心 ES-2010系统是否只用于规定的用途,由用户负责。为了安全起见,在系统的安装、改进投入运行和更新过程中,事前未经本公司同意不能进行其他未授权的作业。 否则可能危害本系统和变压器的安全运行。在变压器油的处置上一定要遵守当地的 环境保护条例。 警告 必须严格遵守所有有关的防火规程。 当心 这种警示栏是指对本设备和用户的其他设备有一定危险的提示,但不会导致严重的 或致命的伤害。 注意 这种提示是对某一事项的重要说明。

1.2相关标准 本设备引用下列标准,通过引用标准中的相关条文构成本标准的条文。由此规定了本设备的技术要求、验收规则、检验方法、适用范围、包装要求、标志、运输及储存。 (1 )GB1094 -1996 电力变压器 (2 )GB2536 -1990 变压器油 (3 )GB7597 -1987 电力用油取样方法 (4 )GB/T507 -1986 绝缘油介电强度测定法 (5 )GB/T7601 -1987 运行中变压器油水分测定法 (6 )GB/T14542 -93 运行中变压器油的维护管理规定 (7 )DL/T 596 -1996 (2005 复审)电力设备预防性试验规程 (8 )DL/T 572 -1995 (2005 复审)电力变压器运行规程 (9 )GB /T 7252 --- 2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则 (10 )GB/T17623 -1998 绝缘油中溶解气体组份含量的气相色谱测定法 (11 )GB/T 2423 -2001 电工电子产品环境试验 (12 )GB/T 17626 -1998 电磁兼容试验和测量技术 (13 )GB/T 13384 -1992 机电产品包装通用技术要求 (14 )GB190 — 1990 危险货物包装标志 (15 )GB5099 -1994 钢质无缝气瓶 (16 )GB/T 9361 -1988 计算站场地安全要求 (17 )GB 4943 -2001 信息技术设备的安全 (18 )GB/T 2887 -2000 电子计算机场地通用规范 (19 )GB 4208 -1993 外壳防护等级(IP 代码) 1.3安全规程 从事本设备的安装、投入运行、操作、维护和修理的所有人员 ◆必须有相应的专业资格。 ◆必须严格遵守各项使用说明。 ◆不要在数据处理服务器上玩电子游戏、浏览网页。 ◆不要在数据处理服务器上任意安装软件,避免不必要的冲突。 违章操作或错误使用可能导致: ◆降低设备的使用寿命和监测精度。 ◆损坏本设备和用户的其他设备。 ◆造成严重的或致命的伤害。

应用油中溶解气体分析法判断变压器故障参考文本

应用油中溶解气体分析法判断变压器故障参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

应用油中溶解气体分析法判断变压器故 障参考文本 使用指引:此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进,同时考虑各个环节之间的关系,每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划,并将危害降低到最小,文档经过下载可进行自定义修改,请根据实际需求进行调整与使用。 1 根据油中溶解气体进行变压器故障诊断 变压器油是由具有不同键能的化学键键合在一起的碳 氢化合物分子组成的。它作为良好的介质材料在变压器中 起绝缘、散热、灭弧等作用,并有其特殊的性能。 在正常运行条件下,变压器油和固体绝缘材料由于受 到电场、热、水分、氧的作用,随时间而发生速度缓慢的 老化现象,产生少量的氢、低分子烃类气体和碳的氧化物 等。 当变压器在故障状态下运行时,故障点周围的变压器 油温度升高,其化学键断裂,形成多种特征气体。因不同 键能的化学键在高温下有不同的稳定性,根据热力动力学

原理,油裂解时生成的任何一种气体,其产气速率都随温度而变化,在一特定温度下达到最大值。随着温度的上升,最大值出现的顺序是:甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)。在温度高于1 000℃时,还有可能形成碳的固体颗粒及碳氢聚合物。故障下产生的气体通过运动、扩散、溶解和交换,将热解气体分子传递到变压器油的各部分。 油中溶解气体分析法就是根据故障下产气的累计性、故障下的产气速率和故障下产气的特性来检测与诊断变压器等充油电气设备内部的潜伏性故障的。 2 采用色谱法分析变压器故障的注意事项 (1) 发现特征气体组分含量增长时,应缩短跟踪分析周期,并结合历史数据、产气速率、负荷情况、电气试验、新投运设备出厂前的状况、检修工艺流程等,确定故障是由于电路还是磁路或是其它原因,如辅助设备、设备材

变压器油中溶解气体的分析与故障判断

变压器油中溶解气体的分析与故障判断 随着变压器运行时间的延长,变压器可能产生初期故障,油中某些可燃性气体则是内部故障的先兆,这些可燃气体可降低变压器油的闪点,从而引起早期故障。 变压器油和纤维绝缘材料在运行中受到水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响而老化和分解,产生的气体大部分溶于油中,但产生气体的速率是相当缓慢的。当变压器内部存在初期故障或形成新的故障条件时,其产气速率和产气量则十分明显,绝大多数的初期缺陷都会出现早期迹象,因此,对变压器产生气体进行适当分析即能检测出故障。 1、变压器油中的气体类别 气相色谱法正是对变压器油中可燃性气体进行分析的最切实可行的方法,该方法包括从油中脱气和测量两个过程。矿物油是由大约2871种液态碳氢化合物组成的,通常只鉴别绝缘油中的氢气(H2卜氧气(02)、氮气 (N2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(C0)、乙烷(C2H6)、二氧化碳(C02)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)9种气体,将这些气体从油中脱出并经分析,证明它们的存在及含量,即可反映出产生这些气体的故障类型和严重程度。油在正常老化过程产生的气体主要是一氧化碳(C0)和二氧化碳(C02),油绝缘中存在局部放电时(如油中气泡击穿),油裂解 产生的气体主要是氢气(H2)和甲烷(CH4)。在故障温度高于正常运行温度不多时,产生的气体主要是甲烷 (CH4), 随故障温度的升高,乙烯(C2H2)和乙烷(C2H6)逐渐成为主要物征气体;当温度高于1000 C时(如在电弧弧道温度300 C以上),油裂解产生的气体中含有较多的乙炔(C2H2),如果故障涉及到固体绝缘材料时,会产生较多的一 氧化碳(CO)和二氧化碳(C02)。 2、如何判断电气设备的故障性质 运用五种特征气体的三对比值判断电气设备的故障性质: (1) C2H2/C2H4 < 0.1 0.1 v CH4/H2V 1 C2H4/C2H6 v 1时,属变压器已正常老化。 (2) C2H2/C2H4 < 0.1 CH4/H2 v 0.1 0.1v C2H4/C2H6v1 时,属低能量密度的局部放电,是含气空腔中的放电,这种空腔是由于不完全浸渍、气体饱和或高湿度等原因造成的。 (3) 0.1 v C2H2/C2H4v 1 CH4/H2v 0.1 0.1v C2H4/C2H6v1 时,属高能量密度的局部放电(除含气空腔的放电),导致固体绝缘的放电痕迹。 (4) 1 v C2H2/C2H4v 3 0.1 v CH4/H2v 1 C2H4/C2H6>3时,有工频续流的放电、线圈、线饼、线匝之间或线圈对地之间油的电弧击穿。

变压器油中溶解气体在线监测装置(色谱法,7种气体和微水)

GDDJ-DGA变压器油色谱在线监测装置 一、规定用途 GDDJ-DGA 变压器油色谱在线监测装置是用于电力变压器油中溶 解气体的在线分析与故障诊断,适用于各种电压等级的电力充油变压器、电弧炉变压器、电抗器以及互感器等油浸式高压设备。 二、安全规程 从事本设备的安装,投入运行,操作,维护和修理的所有人员 ◆必须有相应的专业资格。 ◆必须严格遵守各项使用说明。 ◆不要在数据处理服务器上玩电子游戏、浏览网页。 ◆不要在数据处理服务器上任意安装软件,避免不必要的冲突。 违章操作或错误使用可能导致: ◆降低设备的使用寿命和监测精度。 ◆损坏本设备和用户的其他设备。 ◆造成严重的或致命的伤害。 三、GDDJ-DGA 变压器油色谱在线监测装置简介 GDDJ-DGA 变压器油色谱在线监测装置可实现自动定量循环清洗、进油、油气分离、样品分析,数据处理,实时报警;快速地在线监测变压器等油浸式电力高压设备的油中溶解故障气体的含量及其增长率,并通过故障诊断专家系统早期预报设备故障隐患信息,避免设备事故,减少重大损失,提高设备运行的可靠性。该系统作为油色谱在线监测领域的新一代

产品,将为电力变压器实现在线远程DGA 分析提供稳定可靠的解决方案,是电力系统状态检修制度实施的有力保障。 GDDJ-DGA 系统是结合了本公司在电力色谱自动全脱气装置运行 中近二十年的成功经验,并总结国内外油色谱在线监测的优缺点,倾心打造而成。该系统保持了我公司产品向来所具有的稳定性、可靠性、准确性等方面的优势: ?在线检测H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、H20(可选)的浓度及增长率; ?定量清洗循环取样方式,真实地反应变压器油中溶解气体状态; ?油气分离安全可靠,不污染,排放和不排放变压器油可由用户自己选择; ?采用专用复合色谱柱,提高气体组分的分离度; ?采用进口特制的检测器,提高烃类气体的检测灵敏度; ?高稳定性、高精度气体检测技术,误差范围为± 10%; ?成熟可靠的通信方式,采用标准网络协议,支持远程数据传输; ?数据采集可靠性高,采用过采样技术Δ-∑模数转换器,24位分辨率,自动校准; ?多样的数据显示及查询方式,提供报表和趋势图,历史数据存储寿命为10年; ?环境适应能力强,成功应用于高寒、高温、高湿度、高海拔地区; ?抗干扰性能高,电磁兼容性能满足GB/T17626 与IEC61000 标准;

油中气体分析技术综述

变压器油色谱在线监测 目前110kV及以上等级的大型电力变压器及电抗器主要采用油纸绝缘结构。绝缘油同时承担着绝缘介质和冷却媒质两方面的作用。在热和电的作用下,绝缘油会逐渐老化、分解而产生各种低分子烃、氢气以及有机酸和石蜡等。而以纤维素为基础的固体绝缘材料(纸和纸板)发生劣化分解时,除释放出水、醛类、酮类和有机酸外,还会产生相当数量的一氧化碳和二氧化碳。 变压器油中溶解的各种气体分析的相对数量形成速度主要取决于故障能量的释放形式以及故障的严重程度,所以根据色谱分析结果可以进一步判断设备内部是否存在异常,推断故障类型及故障能量等。对变压器油中溶解气体的分析是变压器故障诊断采用的基本方法,通过对其的分析能够发现变压器的过热、局部放电等潜伏性故障。 气相色谱分析具有选择性好、分离性高、分离时间快(几分钟到几十分钟)、灵敏度高和适用范围广等优点。但常规的色谱分析是一套庞大、精密而复杂的检测装置。整个分析时间长,需熟练的试验人员,对环境的要求高,整套设备体积较大,只适用于在试验室内进行检测。且油样从现场采集后运送到试验室进行分析,不仅耗时而且采样、运输、保存过程中还会引起气体组份的变化,更不能做到实时在线监测。为了实现在线监测油中气体分析,需要简化色谱分析装置,使之适用于在线监测和现场检测[2]。 变压器油中溶解气体在线监测原理如图1-1-1所示[3]。 图1-1-1. 变压器油中溶解气体在线监测系统结构框图监测过程可分为以下4部分: a.进行油气分离,从油中分离出需要检测的混合气体; b.利用气体分离技术把几种气体分离,再用气体检测器把气体浓度信号转

换成电压或电流信号; c.数据采集系统进行A/D转换,将电压或电流信号转换成数字信号,并上 传到工作站; d.工作站软件根据各种气体的含量对变压器运行状态进行评估,预测变压 器潜伏性故障。 在变压器溶解多种气体检测中,油中汲取气体是一个重要环节。英国中央发电局(CEGB)认为产生测量误差的原因多半是在脱气阶段。实现变压器油中多种气体在线监测,油气分离模块必须能在线、自动分离出油中溶解多种(至少六种以上)气体,并且不对变压器油箱中的油形成污染,另外油气平衡时间相对较短,一般应小于24小时,对于一些变压器运行过程中出现“紧急情况”需在线监测系统来自动看护,如内部故障发展速度较为迅速,还需要在线监测系统油气分离时间达到2小时,甚至更短。另外,油气分离的关键元件使用寿命应能满足在线监测产品正常使用,一般情况下应大于六年。 1.1.1几种常用的油气分离方法 目前油气分离技术按其取气方法可分为高分子聚合物分离方法、真空泵法、油中吹气法等几大类,其中平板分离膜、毛细管、血液透析装置、中空纤维等都属于高分子聚合物分离方法的不同运用形式。美国Sevenron公司就采用医学上的血液透析装置,研制出TrueGas变压器油中溶解气体在线监测系统。该方法透气快,效果好,但此种装置价格昂贵,在我国使用较少。目前应用比较多的几种在线油气分离方法主要有平板高分子透气膜法、真空脱气法、载气脱气法、动态顶空平衡法、动态顶空脱气法和中空纤维脱气法几种。 1.平板高分子透气膜法 这种方法的原理是利用某些合成材料薄膜(如聚酰亚胺、聚四氟乙烯、氟硅橡胶等)的透气性,让油中所溶解的气体经薄膜透析到气室里。当渗透时间相当长后,透析到气室的气体浓度c将达到稳定,它与油中溶解气体的浓度v 之间的关系如图1-1-3所示。这样,测出气室中的各气体浓度就可以换算出油中气体的含量。

变压器油色谱在线监测系统原理及应用效果

变压器油色谱在线监测系统原理及应用效果 【摘要】变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法,在变压器故障和诊断中单靠电气试验方法往往很难发现某些特殊局部部位的故障和发热隐患,色谱分析已成为检测变压器等充油设备故障的重要手段,这种方法能弥补电气试验方法的不足之处。本文论述了变压器故障诊断及色谱分析诊断的原理,阐述了MGA2000—6系统的工作原理和技术特点及应用情况。 【关键词】在线监测变压器绝缘油色谱分析 1引言 在现代电气设备的运行和维护中,变压器是电力系统的主要设备之一,因结构复杂,影响安全运行的因素较多。变压器在线监测系统通过油色谱分析、微水分析、温度的热效应等综合信息来分析判断变压器的绝缘状况,较好地解决了这些问题。 与预防性试验相比,在线监测系统采用更高灵敏度的传感器采集运行中设备的劣化信息,信息量的处理和识别依靠有丰富软件支持的计算机网络,不仅可以把某些预试项目在线化,还可以引进一些新的能更真实反应设备运行状态的特征量,从而实现对设备运行状态的综合诊断,促进电力设备由定期试验向状态检修过渡。 2变压器故障诊断 变压器故障诊断要综合各种检测手段和方法,对检测结果进行综合分析和评判,根据DL/T596—2005《电力设备预防性试验规程》规定的试验项目,各种介质损耗因数的测量作为作为设备状态诊断和检测项目的关键具有重要意义。 目前,电力系统中采用了大量的充油电气设备,采用电气试验的方法对电气设备的绝缘情况进行检测是一个有效的方法。由于有一些设备的早期潜伏或局部故障,如变压器铁心多点接地,变压器内部线圈轻微匝间短路和比较轻微的放电等故障,受试验条件所限,采用电气试验的方法常常检测不出来,但是,如果采用色谱分析方法,对这些设备的绝缘油中溶解的气体进行检测分析,就可以检测出设备故障的所在。

变压器油中溶解气体分析教(学)案

变压器油中溶解气体分析 一、产气原理 (一)绝缘油的分解 大约油温在150℃时,就能产生甲烷;150-500℃左右时产生乙烷;大约500℃时产生乙烯,随着温度的逐渐升高,乙烯占总烃的比例越来越大;800-1200℃左右时产生乙炔。生成碳粒的温度约在500-800℃左右。 变压器油主要是由碳氢化合物组成(烷烃C n H2n+2,环烷烃C n H2n或C n H2n-2 ,芳香烃C n H2n-6。绝缘纸的成分主要是碳水化合物(C6H10O6)n。由电和热故障的结果可以使某些C-H键和C-C键断裂,伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基,这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合,形成氢气和低分子烃类气体,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等,也能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X-石蜡)。故障初期,所形成的气体溶于油中;当故障能量较大时,也能聚集成游离气体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备部。 低能放电,如局部放电,能过离子反应促使最弱的键C-H键断裂,主要重新化合成氢气。随着放电能量越来越高,如火花放电、电弧放电,能使C-C断裂,然后迅速以C-C键、C=C键、C≡C键的形式重新化合成烃类气体。 (二)绝缘纸的分解 纸、层压板或木块等固体绝缘材料分解时,主要产生CO、CO2,当怀疑故障涉及固体绝缘时,一般CO2/C0〈3。

(三)气体的其它来源 如分接开关油室向主油箱渗漏(C2H2高);设备油箱带油补焊(C2H2高);潜油泵出故障(是高速泵,轴和轴瓦产生磨擦,C2H2高,应改为低速泵);变压器油中含水(H2高);本体受潮(H2高)等均可产生气体。 (三)变压器部故障的类型 变压器部故障分为热性故障和电性故障两种,热性故障按温度高低又分为低温过热、中温过热和高温过热三种故障,电性故障按放电的能量密度分为局部放电、火花放电和电弧放电三种故障,现分别叙述如下。 1、热性故障 热性故障是指变压器部的局部过热温度升高,而不是变压器正常运行时由铜损和铁损转化而来的热量,使上层油温升高。 (l)热性故障的分类。当变压器部发生局部过热时,人们可以按温度的升高围分为四种情况:150℃以下属于轻微过热故障,150~300℃属于低温过热,300~700℃属于中温过热,大于700 ℃属于高温过热。 (2)热性故障产生的气体。热性故障是因热效应造成绝缘物加速裂解,所产生的特征气体主要是甲烷和乙烯,两者总量约占总烃的80%,随着故障点温度的升高,乙烯在总烃中所占的比例增大,甲烷为次,乙烷和氢气更次。其中氢气的含量一般在27%以下。通常热性故障是不产生乙炔的,但是,严重过热也会产生少量乙炔,其最大含量不超过总烃量的6%,当过热涉及固体绝缘物时,除了产生上述气体外,也会产生大量的CO和CO2。 (3)热性故障产生的原因,可以分为下列三种情况:①接点接触不良,

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