变压器油在线色谱检测论文

系统采用广谱型气相色谱分析基本原理。变压器油经油气分离器，在内置电磁激振器的作用下，通过平板式脱气膜的集气作用将分离出的油中特性气体导入故障气体定量室。定量室中的混合故障气体在载气的作用下经过色谱柱，色谱柱对不同气体具备不同的亲和作用，故障特性气体被依此分离。气敏传感器按出峰顺序对故障特性气体（H2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C2H2）逐一进行检测，并将故障气体的浓度特性转换成电信号。数据采集器对电信号进行转换处理、存储。控制计算机经系统通讯网络（RS485）获取日常监测原始数据。系统分析软件对数据进行分析处理，分别计算出故障气体各组份及总烃含量；故障诊断专家系统对变压器油色谱数据进行综合分析诊断，实现变压器故障的在线监测分析。油中微水检测通过专业的外置微水在线检测装置实现并将检测数据导入油色谱在线监测数据库，实现变压器运行状态的综合诊断。 参数指标： 检测周期：系统默认24小时/次，最小4小时，由用户设定 数据储存：20年 海拔高度：＜4000m 污秽等级：外绝缘爬电比距25mm/kv 覆冰厚度：20mm(风速不大于15m/s时) 工作环境温度：-40℃～+80℃ 工作相对湿度：5—95%无冷凝 数据通讯距离：1200M以内（无中继器） 工作电源：交流220V±10%，50Hz 载气：氮气，压力 抗振动：5-17Hz，" 双峰位移；17-640Hz，峰-峰加速度 抗冲击：加速度：10G峰-峰 报警设定：任意设定报警值，声/光报警，报警信号可远传 珠海原铭电力设备有限公司王佳檬

一、概述电力变压器的故障可能是由于运行中油或轻气保护动作色谱分析异常，也可能是预防性试验结果超标。变压器最容易出现的故障（缺陷）有：冷却器等附件漏电或损坏、变压器本体受潮、过热及放电故障等。二、冷却器漏电及损坏(1)水冷却器漏水，水渗入油系统，对变压器危害极大。空冷器是油泵进口侧的负压区，容易吸入空气。虽然不存在漏水的严重危害，但对超高压（220kV及以上）变压器仍有较大的破坏作用。空气冷却和吸入空气会导致轻气体保护不断发送信号。油的色谱分析虽然没有明显的症状，但煤气中的氢含量明显增加，说明空气在变压器的高电场区已经分解。在每几十分钟到几小时一次的轻气保护连续动作的情况下，(2)强制油循环、风冷或水冷的油泵也会因连续运转而失效。例如油泵轴承磨损、电机烧毁等，都会干扰变压器油的色谱分析，应仔细区分。三、变压器本体受潮变压器本体可能因水冷却器漏水、油枕结露或防爆筒的呼吸、套管帽漏水等原因而受潮。如果在检查引擎盖时怀疑受潮，可以对可疑部位的引线进行局部 tgδ 测量。特别是在难以确定套管电缆引线根部受潮情况时，可将被测引线覆盖10cm宽的铝箔，在铝箔上施加2~3kV的电压，引线可以连接到QS1。电桥的 Cx 由 tgδ 测量。正常tgδ应为1%～2%，绝缘受潮时可达10%以上。四、过热故障（缺陷）目前，用油的色谱分析方法来判断过热故障是比较成熟的。变压器过热故障可能发生在以下三个地方。1、导电线路过热分接开关动、静触头接触不良，静触头与引线熔接；大电流端头焊接或接触不良；多股引线与铜（铝）板焊接不良，少量散股焊接。这些故障也可以通过测量绕组的直流电阻来发现。直流电阻不太大的突变（例如，小于 1%）会导致油中的色谱分析异常和可见痕量。2、铁芯多点接地变压器铁芯在运行过程中，硅钢片之间的电压就是主磁通引起的感应电势。铁芯两侧（高压侧和低压侧）有几十到几百伏的电压。通常铁芯在低压侧接地。如果有金属异物（如铜铁丝、焊渣和铁锈等），则在铁芯高压侧形成接地，即多点接地。硅钢片之间的感应电位通过“多点接地”，产生大电流，容易烧坏铁芯硅钢片，使油层析出现过热故障现象. 有时，铁芯通过螺丝绝缘不良，或者接地钢座套过长，碰到硅钢片，也会造成“多点接地”故障。在铁芯外的接地线上串联一个电阻，使接地电流控制在以下，可以大大降低对铁芯的烧毁作用，有时会使不稳定的接地消失。3、局部过热大变压器负载电流的漏磁通可能导致油箱或其他内部铁部件局部过热。一些变压器使用铝板来形成罐壁的磁屏蔽。铝板与油箱壁接触不良，多次出现局部过热缺陷。如果变压器油色谱分析显示有过热缺陷，且绕组直流电阻与铁芯绝缘良好，则应考虑存在这种局部过热缺陷，油排入油箱时常可发现痕迹并检查。五、放电故障（缺陷）1、绝缘损坏放电这种放电严重破坏了变压器的固体绝缘（纸），对变压器的安全运行影响很大。油色谱分析显示有一定量的乙炔（几到几十ppm），总烃含量、氢气和一氧化碳气体略有增加。通过局部放电测试可以发现有较大的放电（1000pc以上）。围屏树枝状放电是目前220kV三相变压器常见的绝缘损坏故障。相间外壳中部和220kV线路末端有树枝状放电痕迹。支架周围的长焊盘上有烧伤痕迹，外壳纸板表面或夹层有树枝状放电痕迹。这种放电的外因是水分或进入气泡，内因是相距太小，在高场强下有长焊盘接触外壳（油隙短路）等。制造商已采取相应的改进措施。对于已经投入运行的变压器，应更换具有有效放电痕迹的外壳和焊盘，相同的长焊盘（绕组中间）应剪短，并采取防止进气和防潮的措施。.目前，500kV变压器事故均与油流带电有关。冷却油泵使变压器油流过快，会在纸绝缘上形成负电荷，再加上交流电场的作用，很容易产生油放电，在绝缘纸上会出现树枝状放电痕迹。纸板，属于装备制造的问题。运营部门不应盲目增加投入运行的冷却器数量，以防止油流量过高，造成排油问题。此外，高压引线绝缘根部受力折断，电缆引线在进入套管均压球处扭结或折断，变压器内的金属异物（如铜铁屑、铁锈、焊渣等）残留在绕组和绝缘层上，会造成铁芯对地绝缘不良，造成树枝状放电和绝缘击穿，这是必须注意的。2、暂停排放变压器中的所有金属部件必须接地，否则会发生潜在的浮动放电。悬浮放电一般不涉及油介质，所以油色谱分析中的CO气体不会明显增加，主要是在几ppm到几十ppm之间的乙炔气，有时会引起轻气信号。常见的悬浮放电部件有：套管均压球（松动）、有载分接开关拉出件、油箱壁硅钢片磁屏蔽，以及其他不接地的金属部件（如支撑有载分接的不接地螺栓） -转换器和电气屏蔽等）；3、其他放电充油管不排气，使套管导杆和瓷套内壁无油排出。有的变压器绕组绝缘强度低，在外部过电压（包括中性点放电间隙动作时的过电压）作用下，匝间存在击穿放电。这些击穿放电过压跳闸很快，故障点不易发现。. 如果继电保护跳闸，油层色谱分析异常，应坚持检查故障点，发现缺陷。单个变压器内部的裸引线与接地部分的距离太小，在外部过电压作用下会发生电弧放电。

变压器油色谱分析软件设计与实现，我给你一篇

武汉国电西高电气有限公司 DGA 油色谱在线监测系统拥有基Web 的用户界面，用户根本不再需要任何其他软件。根据设计，设备能够在不到两小时内安装好 — 只需连接油路、电源和数据，一切即告完成。可以通过数字通信和继电器连接到现有控制和监测系统，或将其用作独立的监测设备。如果出现断电等干扰情况，自我诊断功能支持完成自行恢复。红外传感器的制造基于国电西高核心测量技术以及我们自己的洁净室生产的组件。真空气体提取方式意味着油温、油压或油液类型都不会引起数据波动，而密封和受保护的光学器件可防止传感器被污染。使用电容式薄膜聚合物，传感器直接测量油液的湿度，这款传感器已在变压器监测领域应用了 20 年。

执行标准：GB/T 17623-1998《绝缘油中溶解气体组分含量的气相色谱测定法》GB/T 7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》DL/T 722-2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》变压器油色谱仪是用色谱法测定变压器油中溶解气体的组分含量，是发供电企业判断运行中的充油电力设备是否存在潜伏性的过热、放电等故障，以保障电网安全有效运行的有效手段。

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三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用论文

摘要： 变压器故障条件下在绝缘油中产生大量气体，三比值法气体分析能根据各组分的含量、比值、产气速率判断变压器的故障原因及性质，在解决各类变压器故障中发挥了十分重要的作用。本文对三比值法气体分析在变压器故障判断中的应用做了介绍，供广大电力人员作参考。

关键词： 三比值法 气体分析变压器故障判断应用

电力变压器内部故障主要有过热性故障、放电性故障及绝缘受潮等多种类型。据有关资料介绍，对359台故障变压器统计表明：过热性故障占63％；高能量放电故障占％；过热兼高能量放电故障占10％；火花放电故障占7％；受潮或局部放电故障占％。电气测量不能发现以上很多隐性故障，如何找到一种能早期发现这些隐性故障的检测手段和方法以快速判断变压器故障的原因、性质和发展趋势是十分必要的。而三比值法气体分析就是在变压器故障分析中被大量采用的有效的化学测量方法。

一、绝缘油产气原理

1、 产品老化及故障条件下温度上升与放电导致绝缘油分解并产生气体

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。由于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如：CH3*、CH2*CH*，或C*（其中包括许多更复杂的形式），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，也可能聚集成自由气体。碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。 低能量故障，如局部放电，通过离子反应促使最弱的键C-H键（338 kJ／mol）断裂，大部分氢离子将重新化合成氢气而积累。对C-C键的断裂需要较高的温度（较多的能量），然后迅速以C-C键（607 kJ／mol）、C＝C键（720 kJ／mol）和C 三C（960 kJ／mol）键的.形式重新化合成烃类气体，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。 乙烯是在大约为500℃（高于甲烷和乙烷的生成温度）下生成的。乙炔的生成一般在800℃～1200℃的温度。因此，大量乙炔是在电弧的弧道中产生的（低于800℃也会有少量的乙炔生成）。油起氧化反应时伴随生成少量的CO和CO2。油碳化生成碳粒的温度在500℃～800℃。

2、 固体绝缘材料分解产生气体

纸、层压纸板或木块等固体绝缘材料分子内含有大量的无水右旋糖环和弱的C-O键及葡萄糖甙键，它们的热稳定性比油中的碳氢键要弱，并能在较低的温度下重新化合。聚合物裂解的有效温度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，在生成水的同时生成大量的CO和CO2以及少量烃类气体和呋喃化合物，同时油被氧化。CO和CO2的形成不仅随温度而且随油中氧的含量和纸的湿度增加而增加。

二、产气与故障关系

故障气体的组成和含量与故障的类型及其严重程度有密切关系。在变压器里，当产气速率大于溶解速率时，会有一部分气体进入气体继电器或储油柜中。当变压器气体继电器内出现气体时，分析其中的气体，同样有助于对设备的状况做出判断。

不同的故障类型产生的主要特征气体和次要特征气体可归纳为表1。

变压器内部是否正常或存在故障，常用气相色谱分析结果的三项主要指标（总烃、已炔、氢）来判断。油中气体含量正常值和注意值见表2。

仅根据表3所列气体含量的绝对值很难对故障的严重程度作出正确判断，还必须考察故障的发展趋势，这与故障的产气速率密切相关。产气速率分为绝对产气速率和相对产气速率两种。规范规定对于密封式（隔膜式）变压器，总烃产气速率的注意值为；总烃的相对产气速率大于10%时应引起注意。

三、判断故障性质的三比值法

三比值法是利用气相色谱分析结果中五种特征气体含量的三个比值（C2H2 /C2H4、CH4/ H2 、C2H4 /C2H6）来判断变压器内部故障性质。实践表明，这一方法判断故障性质的准确率相当高。由于当采用不完全脱气方法脱气时，各组分的脱气速率可能相差很大；但三比值法中，每一对比值之两种气体脱气速率之比都接近于1。所以采用三比值法克服了因脱气速率的差异所带来的不利影响。

三比值法按照比值范围，把三个比值以不同的编码来表示，编码规则如表4。

四、故障判断的步骤

1、气相色谱分析结果的三项指标（总烃、乙炔、氢）与规程的注意值进行比较，并分析CO、CO2的含量。

2、当主要指标达到或超过注意值时，应进行追踪分析、查明原因，结合产气速率估计是否存在故障或故障严重程度及发展趋势。有一项或几项主要指标超过注意值时，说明设备存异常情况，要引起注意。但规程推荐注意值是指导性，它不是划分设备是否异常唯一判据，不应当作强制性标准执行；而应进行跟踪分析，加强监视，注意观察其产生速率变化。有设备特征气体低于注意值，但增长速度很高，也应追踪分析，查明原因；有设备因某种原因使气体含量超过注意值，能立即判定有故障，而应查阅原始资料，若无资料，则应考虑一定时间内进行追踪分析；当增长率低于产气速率注意值，仍可认为是正常。判断设备是否存故障时，不能只一次结果来判定，而应多次分析以后，将分析结果绝对值与导则注意值作比较，将产气速率与产气速率参考值作比较，当两者都超过时，才判定为故障。当确定设备存潜伏性故障时，就要对故障严重性作出正确判断。判断设备故障严重程度，除分析结果绝对值外，必须用产气速率来考虑故障发展趋势，计算故障产气速率可确定设备内部有无故障，又可估计故障严重程度。当有意识用产气速率考察设备故障程度时，必须考察期间变压器不要停运而尽量保持负荷稳定性，考察时间以1～3个月为宜。考察期间，对油进行脱气处理或较短运行期间及油中含气量很低时进行产气速率考察，会带来较大误差。

3、可能发生故障时，用特征气体法或三比值法对故障类型作初步判断，一般用三比值法更准确。但用三比值法应注意有关问题有：

(1)采用三比值法来判断故障性质时必须符合条件：

1)色谱分析气体成分浓度应不少于分析方法灵敏度极根值10倍。

2)应排除非故障原因引入数值干扰。

3)一定时间间隔内(1～3个月)产气速率超过10％／月。

(2)注意三比值表以外比值应用，如122、121、222等组合形式表中找不到相应比值组合，对这类情况要进行对应分析和分解处理。如有认为122组合可以分解为102+020，即说明故障是高能放电兼过热。另外，追踪监视中，要认真分析含气成分变化规律，找出故障类型变化、发展过程，例如三比值组合方式由102—122，则可判断故障是先过热，后发展为电弧放电兼过热。当然，分析比值组合方式时，还要结合设备历史状况、运行检修和电气试验等资料，最后作出正确结论。

(3)注意对低温过热涉及固体绝缘老化正确判断。绝缘纸150˙C以下热裂解时，主要产生CO2外，还会产生一定量CO、乙烯和甲烷，此时，成分三比值会出现001、002、021、022等组合，这样就可能造成误判断。这种情况下，必须首先考虑各气体成分产气速率，CO2始终占主要成分，产气速率一直比其他气体高，则对001--002及021--022等组合，应认为是固体绝缘老化或低温过热。

(4)注意设备结构与运行情况。三比值法引用色谱数据是针对典型故障设备，而不涉及故障设备各种具体情况，如设备保护方式、运行情况等。如开放式变压器，应考虑到气体逸散损失，特别是甲烷和氢气损失率，引用三比值时，应对甲烷、H2比值作些修正。另外，引用三比值是各成分气体超过注意值，特别是产气速率，有理由判断可能存故障时才应用三比值进一步判断其故障性质，用三比值监视设备故障性质应故障不断产气过程中进行。设备停运，故障产气停止，油中各成分能会逐渐散失，成分比值也会发生变化，，不宜应用三比值法。

(5)目前对尚没有列入三比值法某些组合判断正研究之中。例如121或122对应于某些过热与放电同时存情况，202或212装有载调压开关变压器应考虑开关油箱油可能渗漏到本体油中情况。

4、气体继电器内出现气体时，应将其中气体分析结果与油中气体分析结果作比较。比较时应将气、液两相气体进行换算。若故障气体含量均很少，说明设备是正常的。若溶解气体略高于气体继电器，说明设备存在产气较慢的潜伏性故障；若气体继电器明显超过油内气体含量，则说明设备存在产气较快的故障。

5、结合其他检查性试验（直流电阻、空载试验、绝缘试验、局部放电试验和测量微量水分、外部检查等）及设备结构、运行、检修等情况作综合性分析，可相应采取红外检测、超声波检测和其它带电检测等技术手段加以综合诊断判断故障的性质和部位，采取相应措施如缩短试验周期、加强监视、限制负荷、近期安排内部检查或立即停运检查等。综合分析诊断应注意问题：

1)变压器内部故障形式和发展是比较复杂，往往与多种因素有关，这就特别需要进行全面分析。首先要历史情况和设备特点以及环境等因素，确定所分析气体究竟是来自外部还是内部。所谓外部原因，包括冷却系统潜油泵故障、油箱带油补焊、油流继电器接点火花，注入油本身未脱净气等。排除外部可能，分析内部故障时，也要进行综合分析。例如，绝缘预防性试验结果和检修历史档案、设备当时运行情况，包括温升、过负荷、过励磁、过电压等，及设备结构特点，制造厂同类产品有无故障先例、设计和工艺有无缺陷等。

2)油中气体分析结果，对设备进行诊断时，还应从安全和经济两方面考虑。某些过热故障，一般不应盲目建议吊罩、吊心，进行内部检查修理，而应首先考虑这种故障是否可以采取其他措施，如改善冷却条件、限制负荷等来予以缓和或控制其发展，有些过热性故障吊罩、吊心也难以找到故障源。这一类设备，应采用临时对策来限制故障发展，油中溶解气体未达到饱和，不吊罩、吊心修理，仍有可能安全运行一段时间，观察其发展情况，再考虑进一步处理方案。这样处理方法，既能避免热性损坏，又能避免人力、物力浪费。

3)油脱气处理必要性，要分几种情况区别对待：当油中溶解气体接近饱和时，应进行油脱气处理，避免气体继电器动作或油中析出气泡发生局部放电；当油中含气量较高而不便于监视产气速率时，也可考虑脱气处理后，从起始值进行监测。但需要明确是，油脱气并非处理故障必须手段，少量可燃性气体油中并不危及安全运行，监视故障过程中，过分频繁脱气处理是不必要。

4)分析故障同时，应广泛采用新测试技术，例如电气或超声波法局部放电测量和定位、红外成像技术检测、油及固体绝缘材料中微量水分测定，以及油中金属微粒测定等，以利于寻找故障线索，分析故障原因，并进行准确诊断。

五、按国家规定的气体分析检测周期对变压器加强检测，保障变压器的正常稳定运行，减少故障的发生。

1、 出厂设备的检测

220KV变压器在出厂试验全部完成后要做一次色谱分析。制造过程中的色谱分析由用户和制造厂协商决定。

2、 投运前的检测

定期检测的新设备及大修后的设备，投运前应至少做一次检测。如果在现场进行感应耐压和局部放电试验，则应在试验后停放一段时间再做一次检测。

3、投运时的检测

新的或大修后的变压器至少应在投运后4天、10天、30天各做一次检测，若无异常，可转为定期检测。

4、运行中的定期检测

220 kV及以上定期检测 6个月一次。

5、特殊情况下的检测

当设备出现异常情况时（如气体继电器动作，受大电流冲击或过励磁等），或对测试结果有怀疑时，应立即取油样进行检测，并根据检测出的气体含量情况，适当缩短检测周期。

结语： 变压器油气体色谱分析是预防性试验和故障分析判断的重要方法，已得到广泛应用。在用气体特征值和注意值及产气速率估计已存在故障的条件下，三比值法分析能较准确地做出故障分析、判断故障类型、性质和严重程度，采用三比值法时要注意结合其他检测试验和新式先进在线监测工具及设备结构、运行、检修情况，经综合分析和判断后对故障准确定位并采取相应措施。变压器故障原因可能十分复杂，往往同时有多种故障存在，并在发展中。加强预防性试验和定期分析检测对保障变压器的正常运行十分必要。三比值法也在实践中被人们不断探索中，必将在电力应用中发挥更大作用。