变压器油中溶解气体现象的分析

变压器油中溶解气体分析

一、产气原理

（一）绝缘油的分解

变压器油主要是由碳氢化合物组成（烷烃CnH2n+2，环烷烃CnH2n或CnH2n-2 ，芳香烃CnH2n-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。

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。

（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。

（四）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。

变压器油中溶解气体检测

一、油中溶解气体检测的意义及原理

1.油中溶解气体检测的意义

电力变压器是电网的核心设备，其运行可靠性影响着电网的安全稳定。大多数变压器故障都是由内部局部微小缺陷逐步演变形成的。变压器构造为结构复杂的全密封箱体，其内部缺陷难以通过外部测量手段监测，但其导致的放电或过热现象，不同程度上均会导致变压器绝缘油及绝缘纸等固体绝缘材料发生一系列化学反应，生成不同类型的故障特征气体，并溶解于变压器油中。如同诊断人体疾病最常用的“验血”手段，通过对油中溶解特征气体浓度及比例的检测或监测，可及时发现变压器大部分内部隐患和缺陷。

常用的变压器油中溶解故障特征气体主要为氢气（H2）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙烯（C2H4）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）七种。

2.油中溶解气体检测方法

常用的多组分气体检测方法主要包括气相色谱法、光声光谱法、电化学传感器法、半导体传感器法等。

气相色谱法通过气相色谱检测器测量油中溶解气体的浓度，其具有技术成熟度高、测量灵敏的优势，但存在需要更换载气、色谱柱的问题；

光声光谱法属于一种光学气体检测方法，其具有测量周期短、无需载气、维护量少的优势，但存在国产化程度低的问题，且部分气体（如乙炔）检测灵敏度仍有待提升。

电化学传感器法与半导体传感器法检测原理类似，均是通过待测气体改变传感器/半导体本身的特性后产生的电流信号来测量气体浓度，均具有灵敏度高、成本低的优点，但都同样存在气体间交叉干扰的影响，且长期可靠性较差。

目前常用于在线监测的油中溶解气体检测装置主要采用了气相色谱与光声光谱技术。气相色谱技术成熟度高，主要零部件实现了全国产化，具有价格优势；光声光谱技术具有检测周期短、维护量少的优势，入网率逐年上升，但由于其主要核心部件（光源、麦克风）仍依赖进口，导致其成本较高，价格较贵。

二、油中溶解气体在线监测装置入网检测

目前，油中溶解气体在线监测装置在变压器状态监测中具有广泛的应用，但变压器运行环境复杂，如何保持油中溶解气体在线监测装置在运行中的测量准确性（精度）是面临的一大难题。如果在线监测装置精度降低，甚至发生误报等现象，就丧失了在线监测装置对变压器早期潜伏性故障的监测作用，还会增加运维人员的工作量。

浅谈变压器油中溶解气体分析与故障诊断

摘要：在电力系统的各种电气设备中，变压器是其重要的组成部分。采用油中溶解气体分析（dga）技术对变压器故障进行早期故障诊断，可减少变压器不必要的事故停用，对保证电力系统安全可靠运行有较大的作用。文章对变压器油中溶解气体的组分及故障诊断方法进行了分析讨论。

关键词：变压器 油中溶解气体 故障诊断

变压器是电力系统中最重要的设备，用途非常广泛。变压器内的绝缘油和有机绝缘材料随着运行时间的增加，在热和电的长期作用下会逐渐老化和分解，并产生极少量的气体，这些油中溶解气体包括氢气、甲烷、乙烯、乙烷、乙炔、一氧化碳和二氧化碳等。但是，当变压器内部出现故障时，油中气体的含量就会发生很大的变化。随着故障的发展，当产气量大于溶解量时，便有一部分气体以游离气体的形态释放出来。实践证明，绝大多数的变压器初期缺陷都会出现早期迹象，因此，测量分析溶解于油中的气体含量就能尽早的发现变压器内部故障。

一、油中溶解气体的成分分析

变压器绝缘材料热分解所产生的可燃和非可燃性气体达20种左右。因此，为了有利于变压器内部故障判断，选定必要的气体作为分析对象是很重要的。目前国内外所分析的气体对象是不统一的，我国按dl/722-2000要求一般分析9种或8种气体，最少必须分析七种气体。变压器中的故障特征气体种类为：o2、n2、h2、ch4、

c2h6、c2h4、c2h2、co、co2。以这九种气体作为分析对象的原因见如下：o2主要了解脱气程度和密封好坏；n2主要了解氮气饱和程度；h2主要了解热源温度或有没有局部放电；co2主要了解固体绝缘老化或平均温度是否高；co主要了解固体绝缘有无热分解；ch4、c2h6、c2h4三种气体主要了解热源温度；c2h2主要了解有无放电或高温热源。

变压器油中溶解气体分析和判断导则

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变压器油中溶解气体分析和判断导则

Guidetotheanalysisandthediagnosis

ofgasesdissolvedintransformeroil

1范围

本导则推荐了利用气相色谱法分析溶解气体和游离气体的浓度，以判断充油电气设备运行状况的方法以及建议应进一步采取的措施。

本导则适用于充有矿物绝缘油和以纸或层压纸板为绝缘材料的电气设备，其中包括变压器、电抗器、电流互感器、电压互感器和油纸套管等。

2引用标准

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB7597—87电力用油(变压器油、汽轮机油)取样方法

GB／T17623—1998绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法

DL／T596—1996电力设备预防性试验规程

IEC567—1992从充油电气设备取气样和油样及分析游离气体和溶解气体的导则

IEC60599—1999运行中矿物油浸电气设备溶解气体和游离气体分析的解释导则

3定义

本导则采用下列定义。

3.1特征气体characteristicgases

对判断充油电气设备内部故障有价值的气体，即氢气(H2)、甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)。

3.2总烃totalhydrocarbon

烃类气体含量的总和，即甲烷、乙烷、乙烯和乙炔含量的总和。

3.3游离气体freegases

非溶解于油中的气体。

4产气原理

4.1绝缘油的分解

绝缘油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物，分子中含有CH3*、CH2*

和CH*化学基团，并由C—C键键合在一起。由电或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，也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X-蜡)。故障初期，所形成的气体溶解于油中；当故障能量较大时，也可能聚集成游离气体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。