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内部。
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）变压器内部故障的类型
变压器内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内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。当变压器内部发生局部过热时，人们可以按温度的升高范围分为四种情况：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，
如引线连接不良，分接开关接触不良，导体接头焊接不良等，这种故障约占过热性故障的一半。②磁路故障，由于铁心两点或多点接地造成循环电流发热，如穿心螺丝轭铁夹件或压环压钉碰铁心；油箱及下轭铁等处有铁磁杂物；铁心用部分硅钢片短路造成涡流发热如连片短接，硅钢片间绝缘损坏或老化，以及漏磁引起的外壳、铁心夹件、压环等局部发热等。③导体故障，部分绕组短路，或不同电压比并列运行引起的循环，电流发热，绝缘导体因超负荷过流发热，绝缘膨胀，注油堵塞而引起的散热不良等。
（4）热性故障的危害。热性故障的危害同故障部位有关，如果热点出现在固体绝缘材料中，则将引起材料的热解和劣化，热点范围和温度也会逐渐升高，最终导致电弧性热点而造成设备的损坏。如果热点出现在探金属部分，则将发生烧坏铁心、螺栓、螺帽垫板等部件，最终也会使设备损坏。同时探金属过热往往涉及到固体绝缘，造成固体绝缘的劣化和热解，进而损坏了固体绝缘材料的绝缘性能，最后造成更大的损坏后果。因此对热性故障决不可掉以轻心，必须防微杜渐，将故障在萌芽状态就予以消除。
2、电性故障
电性故障是在高电应力作用下所造成的绝缘劣化，根据放电的能量密度不同，又把电性故障分为高能量放电、火花放电和局部放电三种类型。
1、局部放电
局部放电是一种低能量的放电，变压器内部出现这种放电时，情况比较复杂，按绝缘介质的不同可将局部放电分为气泡局部放电和油中局部放电，按绝缘部位来分，则有绝缘空穴、电极尖端、油角间隙、油一板中
的油隙和油中沿固体绝缘表面等五处的局部放电。
（1）局部放电的原因
①当油中存在空气泡或固体绝缘材料中存在空穴或空腔，由于气体的介电常数和时压强度均低于油和纸绝缘材料，易引起放电。
②外界环境条件的影响如油处理不彻底，带进杂物和水分，或因外界气温下降，油析出气泡等，都会引起放电。
③由于制造质量不良如某些部位有尖角、毛刺、漆瘤等，它们承受的电场强度较高首先出现放电。
④金属部件或导电体之间的接触不良而引起的放电。
局部放电的能量密度虽不大，但它的进一步发展将会形成放电的恶性循环，最后导致设备的击穿或损坏，而引起严重的事故。
（2）局部放电产生气体的特征
局部放电产生的气体，主要依据放电能量不同而不同。放电能量密度在10-9C以下时，一般总烃不高，主要成分是氢气，其次是甲烷，氢气占氢烃总量的80％～90％，当放电能量密度为10-8～10-7C时，则氢气相应降低，而出现乙炔，但乙炔在烃总中所占的比例也不到2%，这是局部放电与其他放电现象区别的主要标志。
局部放电除了使油裂解产生气体外，还会产生一种X蜡沉渍物，同时，油分子结构也会发生改变，从液相色谱分析发现，经过局部放电后，油中的芳香烃组分减少，环烷烃组分增大，因此，可以采用液相色谱仪检测变压器的局部放电故障。
2、火花放电
当放电能量密度大于10-6C的数量级时，就出现火花放电。它常见如下情况：①套管引线断裂或套管储油柜对电位未固定的套管导电管放电；
②引线对油箱距离太近或引线过长，或引线局部接触不良或铁心接地片损坏或接地不良引起的放电；③分接开关拨又电位悬浮而引起的放电；④结构设计和制造工艺的缺陷导致绝缘沿西放电，匝间或层间局部短路或受外部因素的影响，如雷击。⑤操作过电压、过负荷、外部多次短路等引起的匝层间放电。
火花放电的特征气体是以乙炔和氢气为主，其他烃类气体为次，乙炔在烃总量所占的比例可达 25％～90％，氢气如占氢烃总量的30％以上。
3、电弧放电
电弧放电是高能量放电，常以绕组匝层间绝缘击穿为多见，其次为引线断裂或对地闪络和分接开关飞孤等故障。这种故障由于放电能量密度大，产气急剧常以电子扇形式冲压电介质，使绝缘纸穿孔、烧焦或炭化，使金属材料变形或熔融烧毁，严重会造成设备烧损或爆炸故障，这种故障一般事先难以预测，也无预兆，是以突发的形式暴露出来。出现这种故障后，气体继电器中的H2和C2H2等组分高达几千微升／升，变压器油亦炭化而变黑，油中特征气体的主要成分是乙炔和H2，其次是乙烯和甲烷。当放电故障涉及到固体绝缘时，除了上述气体外，还会产生CO和CO2。
4、三种放电形式的比较
这三种放电的形式既有区别又有一定的联系，讲它们的区别是指放
电能级和产气组分的区别，而联系是指局部放电是其他两种放电的前奏，而后者又是前者的必然结果。二是要了解变压器内出现的故障并不是单一某种类型的故障，往往是一种类型伴随着另一种类型，或几种类型同时出现，因此油中故障气体组分有时显得复杂多变，需要我们认真分析，具体对待。
变压器等设备内部进水受潮也是一种内部潜伏性故障，除非早期发现，及时处理，否则最终也会发展成放电性故障，甚至造成设备损坏，系统停电事故。
当设备内部进水受潮时，油中水分和含混杂质易形成“小桥”，或者绝缘中含有气隙均能引起局部放电，从而产生氢气。除此之外水分在电场作用下的电解作用和水与铁的化学反应，也均可产生大量的氢气。
（四）不同故障类型产生的特征气体
表1 不同故障类型产生的特征气体
二、故障的识别
判断设备是否存在潜伏性故障及其故障的的严重程度不同时，要根据设备的历史状况和设备的结构特点及外部环境等因素进行综合判断。
1.出厂和新投运的设备
表2 对出厂和新投运的设备气体含量的要求μL/L
2.运行中设备油中溶解气体的注意值
表3 变压器、电抗器和套管油中溶解气体含量的注意值μL/L
表4 电流互感器和电压互感器油中溶解气体含量的注意值μL/L
在识别设备是示波器存在故障时，不仅需考虑油中溶解气体含量的绝对值，还应注意：
(1)注意值不是划分设备有无故障的唯一标准。当气体浓度达到注意值时，应进行跟踪分析，查明原因。
(2)对330KV 及以上的电抗器，当出现痕量（小于1μL/L ）乙炔时也应引起注意。
(3)互感器的运行温度低，产气量也少，一旦出现C2H2超过注意值时，一定是设备出故障，应立即退出运行。
（4）套管的运行情况和变压器相似，但结构不同，对电容式套管，末屏易受潮，进而向内侵蚀，所以故障一般是局部放电。 (5)注意区别非故障情况下的气体来源，进行综合分析。 3、设备中气体增长率注意值
(1) 绝对产气速率；即每运行日产生某种气体的平均值，按下式计算：
γa=
ρ
m
t C C i i ??-1,2, 式中：γa ——绝对产气速率，mL/d ；
C i,2——第二次取样测得油中某种气体浓度，μL/L ； C i,1——第一次取样测得油中某种气体浓度，μL/L ； Δt ——二次取样时间间隔中的实际运行时间，d ； m ——设备总油重，t ；
ρ——油的密度，t/m 3
表5 绝对产气速率的注意值 mL/d
(2) 相对产气速率：即每运行月某种气体含量增加原有值的百分数的平
均值，按下式计算：
γr=
%1001
1
,1
,2,???
-t
C C C i i i 式中；γr ——相对产气速率，%/月；
C i,2——第二次取样测得油中某种气体浓度，μL/L ； C i,1——第二次取样测得油中某种气体浓度，μL/L ； Δt ——二次取样时间间隔中的实际运行时间，月；
总烃的相对产气速率注意值为10%/月，岩石时，应引起注意。对总烃含量低的设备，不宜采用此判据。
产气速率在很大程度不同上依赖于设备类型、负荷情况故障类型、所用绝缘材料及其老化程度，应结合这些情况进行综合分析。判断设备状况时，还应考虑到呼吸系统对气体的逸事散作用。
三、故障类型的判断 （一） 特征气体法
根据表1所列的不同故障类型所产生的气体可推断设备的故障类型。（二）三比值法
三比值法的原理是：根据充油电气设备内油、绝缘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，从五种特征气体中选用二种溶解度和扩散系数相近的气体组分组成三结比值，以不同的编码表示；根据表6的编码规则和表7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，是判断充油电气设备故障类型的主要方法。
表6 编码规则
表7 故障类型判断方法
表8 溶解气体分析解释表
注：1?在互感器中CH4/H2<0.2时为局部放电。在套管中CH4/H2<0.7为局部放电。
（三）其它辅助方法
1.在对三比值法的判断结果有疑问时或者三比值的编码组合表中没有时，可采用气体比值的立体图示法和大卫三角形法。
2.热点功率和热点温度的估算。T=322 Log(C2H4/C2H6)+525
（四）充油电气设备的典型故障
表9 电力变压器的典型故障
表11 套管的典型故障
川#1主变内部过热故障的分析、诊断与检修处理
摘要本文介绍了河南周口供电局220千伏川汇变电站川#1主变存在故障的分析、判断过程，通过对油中气体的色谱分析，发现变压器存在故障的理论依据，根据DL/T722-2000《导则》判断，考查产气速率，判断变压器存在的故障性质：高温过热故障，制定了变压器检修方案，查出了变压器存在的问题。本文详细阐述了从缺陷发现，分析到解决的过程，为处理类似缺陷提供宝贵的实践经验。
关键词：色谱分析跟踪检查故障诊断
一、概述
变压器是变电站的重要设备，变压器的运行状况直接影响电能的正常输送。因此，各发电及供电单位都非常注重变压器的绝缘监督、运行维护及消缺工作，色谱分析是通过对油中溶解气体的分析检测充油电气设备存在潜伏性故障的一个重要方法，是监督、保障设备安全运行的一个重要手段，通过对特征气体的分析及三比值法，能及时掌握变压器运行情况，及早发现设备故障、故障性质及故障发展变化的情况，查出问题，消除缺陷，保证变压器安全稳定运行。本文介绍了川1#主变自2004年7月投运后，色谱分析发现主变存在的故障过程，故障性质诊断方法，查出的问题及处理结果。
二、主变技术数据
周口220千伏川汇变电站川#1主变主要参数为：
型号：SFPSZ9-150000/220 连接组别：YN,yn0,d11
电压：230±8╳1.25%/121/10.5 kV
空载损耗：97.2kW 空载电流：0.174％
生产厂家：山东电力设备厂
出厂日期：2004年3月16日
三、故障分析及处理
(一)故障初期分析
川#1主变自2004年6月26日投运以来，进行了例行的高压试验和油化验，高压试验数据符合投运要求，而油色谱分析却出现乙炔及总烃升高情况，故对其加强了跟踪分析。
表1 色谱分析数据
象，故进行了相关的色谱分析：（正常运行监督：至少三个月一次；新投运的变压器及电抗器：至少在投运后的1天、4天、10天、30天监测）
1、故障产气速率分析
（a）相对产气速率
γr=｛[(C i2-C i1)/ C i1]/Δt｝×100%
=｛[(56.32-1.45)/ 1.45]/（4/30）｝×100%
=28381%/月≥10%/月
（b）绝对产气速率
γa= [(C i2-C i1)/ Δt]×(m/ρ)
=[(56.32-1.45)/ 4]×(46/0.89)
=709mL/d
（国标规定相对产气速率注意值不大于10％／月，绝对产气速率不大于12mL／d）可见，气体上升速度很快，且远大于10％／月和12mL／d，
可认为设备有异常,必须跟踪分析。
2．用判断故障性质的三比值法来分析
C2H2/C2H4=2.12/32.92≈0.06 CH4/H2=17.76/21.95≈0.81
C2H4/C2H6=32.92/3.52≈9.35
上述比值范围编码组合为（0、0、2），由此推断，故障性质为“高于700℃高温范围的过热故障”，再用经验公式计算
T=322 Log(C2H4/C2H6)+525
T=322 Log(32.92/3.52)+525=837.64℃
其估算温度也与上述结论相符。
可见满足判据条件，可判断是变压器高温过热故障。
经进一步运行跟踪检查，发现主变有铁芯接地电流。综上所述，完全有理由认为设备有异常,需停电检修。
（二）故障的确切定位及处理
2004年7月9日对变压器进行停电检查，检测铁芯对地绝缘电阻仅为58欧姆，分析判断为变压器铁芯多点接地。为了消除铁芯多点接地，采用了“电容电流放电法、大电流冲击法”等方法，但铁芯多点接地故障并未消除，故暂时采用在铁心外接地引线串接可调电阻，将接地电流限制在0.1mA以下,变压器继续投运。
经多次色谱跟踪分析,气体组分含量基本稳定,但一直居高不下, 没有增长趋势。这说明了故障没有继续发展,但是故障隐患一直存在,问题不容忽视。
表2 色谱跟踪分析数据
长时间运行会影响变压器铁芯绝缘,给变压器安全运行带来隐患。经与变压器厂方共同研究，决定对变压器进行吊罩消缺。
2004年11月25日，在川汇变电站川#1主变现场，准备开始吊罩工作。首先对变压器油箱内的绝缘油向外排放，然后准备对主变上部及侧部观察孔密封盖进行
拆除（环境温度16℃，空气相对湿度20%，风力微弱）。主变本体内变压器油全部放尽，观察孔上、下密封盖全部拆除。用兆欧表再次测量主变铁芯绝缘电阻指示为零。随即由专业人员进入主变本体内进行检查，首先用橡朔外壳的防爆手电筒照明目测和红外探测仪进行全面排查后，变压器器身外侧人员用摇表对0.4微法、2500伏电容器充电，对主变铁芯外接地引线进行放电，本体内人员多次观察和静听内部放电声音，经过多次放电和反复的视听，不断缩小观察范围。下午1点钟，当电容器第十次放电时，检查人员终于发现主变内部的“放电”位置在10千伏低压侧B 、C 两相之间下部的铁芯夹件与铁心之间。用手无法直接取出，之后检查人员用一块高
分析日期 CH 4 C 2H 4 C 2H 6 C 2H 2 H 2 CO CO 2 总烃
分析人员
备 注 04.8.1 18.91 35.62 3.97 2.24 24.19 30.85 269.46 60.74 李敢 运 行 04.8.2 23.21 43.78 4.60 2.60 25.78 30.93 275.83 74.19 李敢 运 行 04.8.3 24.67 45.72 4.94 2.69 29.30 34.50 254.36 78.02 李敢 运 行 04.8.4 23.36 44.71 4.76 2.61 25.56 32.72 250.75 75.44 李敢 运 行 04.8.5 23.21 44.41 4.90 2.54 28
36.31 345.82 75.06 李敢
运 行
04.8.6
22.56 42.55 4.49 2.41 31.16 43.41 290.50 72.01 李敢
负荷57000KW 铁芯接地电流1.78A
04.8.8 21.8 43.18 4.93 2.31 26.03 40.61 278.26 72.22 李敢
负荷80000KW 铁芯接地电流1.35A
强磁铁（用铁丝和布带绑扎严密）送入放电位置，取出引起多点接地的金属异物。经分析判断，引起川#1主变铁芯多点接地的金属异物是一个“M20镀锌螺丝帽”（如右图示），该螺丝帽两边沿有磨损，其中六个侧面的一个面有明显放电痕迹；当该螺丝帽取出后，测量主变铁芯绝缘电阻为5000兆欧。经现场专业技术人员分析确认，220千伏川汇变电站川#1主变铁芯多点接地故障已经消除。
随后，对变压器油进行彻底的滤油脱气，并进行色谱、油化、绝缘等试验，所有试验项目合格后，将变压器投入运行。
四、现场检查方案流程图（此检查方案仅作参考，具体问题具体分析）
为了更直观地进行检查和分析，将实际检查方案绘制成流程图，便于比对和参考。
五、总
析对于发现变压器早期故障是非常有效的方法。同时也为今后类似的大型电力变压器缺陷的解决积累了非常宝贵的经验：
（1）大型电力变压器铁芯过热原因是多方面的，处理时应认真分析判断，遵从先易后难的原则，首先要解决明显的缺陷，再进一步分析、判断、分解、检查处理。
（2）应加强变压器的定期试验工作，创造条件实现对变压器进行在线监测。
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 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 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 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
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 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 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
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。
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。
绝缘油溶解气体的在线色谱分析 一、气相色谱分析及在线监测方法简介 油中溶解气体分析就是分析溶解在充油电气设备绝缘油中的气体，根据气体的成分、含量及变化情况来诊断设备的异常现象。例如当充油电气设备内部发生局部过热、局部放电等异常现象时，发热源附近的绝缘油及固体绝缘（压制板、绝缘纸等）就会发生过热分解反应，产生CO2、CO、H2和CH4、C2H4、C2H2等碳氢化合物的气体。由于这些气体大部分溶解在绝缘油中，因此从充油设备取样的绝缘油中抽出气体，进行分析，就能够判断分析有无异常发热，以及异常发热的原因。气相色谱分析是近代分析气体组分及含量的有效手段，现已普遍采用。图4-7所示为油色谱分析在线监测的原理框图。 图4-7 油色谱分析在线监测原理框图 进行气相色谱分析，首先要从运行状态下的充油电气设备中取油样，取样方法和过程的正确性，将严重影响到分析结果的可信度。如果油样与空气接触，就会使试验结果发生一倍以上的偏差。因此，在IEC和国内有关部门的规定中都要求取样过程应尽量不让油样与空气接触。其次，要从抽取的油样中进行脱气，使溶解于油中的气体分离出来。脱气方法有多种，常用的是振荡脱气法，即在一密闭的容器中，注入一定体积的油样，同时再加入惰性气体（不同于油中含有的待测气体），在一定温度下经过充分振荡，使油中溶解的气体与油达到两相动态平衡。于是就可将气体抽出，送进气相色谱仪进行气体组分及含量的分析。 常规的油色谱分析法存在一系列不足之处，不仅脱气中可能存在较大的人为误差，而且监测曲线的人工修正法也会加大误差，从取油样到实验室分析，作业程序复杂，花费的时间和费用较高，在技术经济上不能适应电力系统发展的需要；监测周期长，不能及时发现潜伏性故障和有效的跟踪发展趋势；因受其设备费用和技术力量的限制，不可能每个电站都配备油色谱分析仪，运行人员无法随时掌握和监视本站变压器的运行状况，从而会加大事故率。因此，国内外不仅要定期作以预防性试验为基础的预防性检修，而且相继都在研究以在线监测为基础的预知性检修策略，以便实时或定时在线监测与诊断潜伏性故障或缺陷。 绝缘油气相色谱在线监测主要解决油气分离问题，目前在线监测油气分离采用的是不渗
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，
变压器油中溶解气体在线监测综述 （长沙理工大学化学与生物工程学院应用化学专业) 摘要变压器油中溶解气体的分析是获取变压器运行状态信息的重要手段之一。本文综述了国内外变压器油中溶解气体在线监测技术的现状,提出了目前存在的问题及今后的发展趋势。 关键词电力变压器变压器油溶解气体分析在线监测发展趋势 电力变压器在电力系统中属于最重要和最昂贵的设备之列,同时也是导致电力系统事故最多的设备之一。其运行状态的好坏直接关系着电力系统的安全,稳定运行,因而如何及时，准确地检测出电力变压器的早期潜伏性故障就显得十分重要。 为确保变压器的安全运行,许多国家研究了多种技术来监测和诊断变压器故障。其中变压器油中溶解气离线色谱分析法因其能够在变压器运行过程中进行，不受外界电场和磁场的影响,而且可以发现设备中一些用局部放电法所不能发现的缺陷(如局部性过热等），故得到了广泛认可。 但近几年,因离线监测试验环节较多，操作手续较繁，检测周期较长，而且难以发现类似匝间绝缘缺陷等故障。因而国内外都已致力于在线色谱监测装置的研制,以实现连续监测,及时发现故障。下面从在线监测方法类别及其典型的监测仪器作介绍。 一、研究现状 1、在线监测技术方法类别 在线监测技术主要根据脱气原理不同,检测的气体不同可分为两类，单组份气体在线检测技术和多组分气体在线检测技术。 1.1单组份气体在线检测技术 最主要的特征是在线监测变压器油中如:Ｈ2、C２H２、微水等某一特征气体组分含量或以它为主的混合气体浓度，不进行气体组分分离而直接测量气体体积分数。又可细分为： (１）测量可燃性气体总量 可燃性气体总量指Ｈ2、CO和各种气态烃类含量的总和。这类装置以日本三菱电力公司TCG检测装置为代表，只给出可燃性气体的总量，不能给出某一组分的单独含量。 大连地区220kV及以上变压器安装的加拿大HＹDRAＮ2０1ｉ早期故障在线装置,监测4种主要故障气体（H2、CO、C２H4、C２H2）的总和，当气体数值偏离基线值,设备提示不同程度的报警,从而采取适当维护措施,这一点正符合状态维修的原则。 (２)测量单一H2组分 当设备内部存在局部过热或局部放电时，所产生的分解气体大多都含有氢气,
大型油浸式电力变压器 油中溶解气体及微水在线监测系统 技术方案
前言： 在现代电力工业的设备运行和维护中，要求在电厂或电站运行的关键变压器特别是发现有异常的变压器上经常进行故障气体，微水含量，局部放电，绕组变形等多种项目的测量。从这些结果中得到的科学信息是电力部门预计并控制安全服务和运行成本的诸多因素。 随着现代科技的快速发展以及微处理器的引入，在线检测仪器的发展速度正在稳步提高。在线检测仪器的功能不断改善而价格在逐步下降，使智能化在线检测仪器的广泛应用成为可能。由于通讯技术的发展使得在线检测的结果能够快速传递到远距的分析和控制中心，在出现故障时不但能及时自动报警并可从多气体比值判断故障性质及类型，采取必要措施，更显示出了他的重要作用。近年来在国外各大电力部门的应用已经证明，在线检测技术对电力设备的充分利用，提高效益，延长使用寿命以及降低运行维护费用方面都有极大的作用。 自1960年以来，世界电力工业广泛使用变压器油中多种故障气体的色谱分析及多比值，TD图等判断方法为电力部门的安全高效运行提供重要依据。但其测量周期较长，脱气误差较大以及耗时较多等问题，尚难满足安全生产和状态检修的要求。因此，变压器油中多种故障气体的在线检测就成为迫切的需要。 由国家质量监督局颁布的最新国家标准“变压器油中溶解气体分析和判断导则”中指出了变压器绝缘油的产气原理是由于绝缘油和固体绝缘材料在电及热作用下的分解。低能量放电故障促使最弱的C-H键断裂，主要重新化合成氢气，乙烯在高于甲烷和乙烷的温度下生成。大量的乙炔是在电弧的弧道中产生。 标准定义了“对判断充油电器设备内部故障有价值的特征气体：即氢气（H 2 ）， 甲烷（CH 4）,乙烷（C 2 H 6 ），乙烯（C 2 H 4 ），一氧化碳（CO），二氧化碳（CO 2 ）”，并说 明氧气（O 2）和氮气（N 2 ），可作为辅助判断指标。因此对包含氧气（O 2 ）在内的8 种故障气体进行在线检测才能符合中国国家标准的要求，进一步检测氮气（N 2 ）是国际新发展方向。
武汉华能阳光电气有限公司 油中变压器溶解气体分析原理说明 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
变压器油中溶解气体气相色谱分析流程 采用气相色谱仪对变压器油中溶解气体含量进行分析，其整体流程如下： 一、取样 1. 取油：使用密封良好的100ml玻璃注射器在全密封的状态下，取能代表油箱本体的 油，大概50-80ml，取油量以够用为准。 2. 标识：将所取油样按设备名称、相别等贴标签，以便进行正确识别。 3. 运输：将所取油样放置在取样箱内，避光保存。运输过程中避免剧烈振荡。 注意：油样保存期不超4天 二、脱气 1、贮气玻璃注射器的准备：取5ml玻璃注射器A，抽取少量试油冲洗器筒内壁1～2次后，吸入约0.5ml试油，套上橡胶封帽，插入双头针头，针头垂直向上。将注射器内的空气和试油慢慢排出，使试油充满注射器内壁缝隙而不致残存空气。 2、试油体积调节：将100ml玻璃注射器B中油样推出部分，准确调节注射器芯至40.0ml 刻度(V1),立即用橡胶封帽将注射器出口密封。为了排除封帽凹部内空气，可用试油填充其凹部或在密封时先用手指压扁封帽挤出凹部空气后进行密封。操作过程中应注意防止空气气泡进入油样注射器B内。 3、加平衡载气：取5ml玻璃注射器C，用载气清洗1～2次，再准确抽取5ml载气，然后将注射器C内气体缓慢注入有试油的注射器B内,操作示意如下图。含气量低的试油，可适当增加注入平衡载气体积，但平衡后气相体积应不超过5ml。
4、振荡平衡：将注射器B放入恒温定时振荡器内的振荡盘上。注射器放置后,注射器头部要高于尾部约5°，且注射器出口在下部（振荡盘上按此要求设计制造）。启动振荡器振荡操作钮，连续振荡20 min ，然后静止10 min 。室温在10℃以下时，振荡前，注射器B 应适当预热后，再进行振荡。 5、转移平衡气：将注射器B从振荡盘中取出，并立即将其中的平衡气体通过双头针头转移到注射器A内。室温下放置2 min ，准确读其体积V g（准确至0.1mL），以备色谱分析用。为了使平衡气体完全转移，也不吸入空气，应采用微正压法转移，即微压注射器B的芯塞，使气体通过双针头进入注射器A。不允许使用抽拉注射器A芯塞的方法转移平衡气。注射器芯塞应洁净，以保证其活动灵活。转移气体时，如发现注射器A卡涩时，可轻轻旋动注射器A的芯塞。 三、开机（以中分2000色谱仪为例） 1、拧下进样口压帽,检查进样胶垫是否需要更换进样胶垫.(进针次数较多时此处容易漏气、一般进针40次左右必须更换进样垫。)注意进样压帽不要拧的太松或太紧，一般拧紧后再松半圈即可。 2、打开载气钢瓶气总阀,氢气和空气发生器的电源开关,通气十分钟左右（长期不用要通气至少20分钟），在通气期间,检查气体压力表参数是否正常. 载气1 ____ Mpa 载气2 ____ Mpa 氢气1 ____Mpa 氢气2 ____Mpa 空气0 Mpa(由电磁阀阀控制,未通电处于关闭状态) 3、打开色谱仪电源开关,观察空气压力表应为____Mpa,检查仪器面板上温度设定值和载气流量是否正常. 柱箱65 热导70氢焰150 转化360
绝缘油中溶解气体分析与故障判断 【摘要】通过变压器投运前绝缘油气相色谱分析以及电流互感器色谱试验结果的异常，结合跟踪检测及设备历年状况，利用特征气体法、三比值法及产气速率等相关分析来判断故障性质及危害，并提出了分析意见和防范措施的建议。 【关键词】真空滤油机；电流互感器;色谱分析;局部放电;原因;危害;结论 前言： 在电气试验中，通过气相色谱法测定绝缘油中溶解气体的组分含量，能尽早的发现充油电气设备内部存在的潜伏性过热、放电等故障，是监督与保障设备安全运行的一个重要手段。这一检测技术可以在设备不停电的情况下进行，而且不受外界因素的影响，可定期对运行设备内部绝缘状况进行监测，确保设备安全可靠运行。本文将利用两个故障实例，一是电气设备投运前及真空过滤后油中仍然存在的故障气体的现象进行分析。二是针对电流互感器局部放电的故障进行诊断并提出处理措施及意见。 1、故障实例1： 目前，油浸变压器大多采用油纸组合绝缘，当变压器内部发生潜伏性故障时，油纸会因受热分解产生烃类气体。但是对于出厂和投运前的变压器气体含量按照国标导则规定乙炔含量应为0；氢气＜10μL/L；总烃＜20μL/L；然而在2006年6月9日110kV工业园变电所1#主变投运前色谱分析数据为： 以上数据可以看出油中氢气含量超过电力行业电力设备预防性试验规程注意值＜10μ L/L的规定，应进行真空滤油处理，合格后方可投入运行。于是我们决定在2006年6月17日对110kV工业园变电所1#主变投运前的变压器油进行滤油处理；处理后分析数据如下： 通过监测和分析发现，绝缘油在真空过滤后甲烷、乙烯、乙炔及总烃含量大幅上升，为什么会出现这样的一组不正常的数据呢？于是我们又在滤油机中采样分析，数据如下：