變壓器油中溶解氣體的檢測(cè)

1、6.1 變壓器油中溶解氣體的檢測(cè)6.1.1絕緣故障與油中溶解氣體6.1.2油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè)6.1.3油中氣體分析與故障診斷返回 變壓器的絕緣發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生故障氣體，故障氣體部分溶解于油中，部分進(jìn)入氣體繼電器。變壓器絕緣故障主要分為三類：熱故障、電故障及其絕緣受潮，故障不同時(shí)，油中溶解的故障氣體成分不同，因此可以通過(guò)分析油中溶解氣體的成分來(lái)判斷變壓器存在的絕緣故障。6.1.1 絕緣故障與油中溶解氣體1. 過(guò)熱故障 變壓器過(guò)熱故障是最常見(jiàn)的故障，空載損耗、負(fù)載損耗和雜散損耗等轉(zhuǎn)化為熱量，當(dāng)產(chǎn)生的熱量和散出的熱量平衡時(shí)，溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)發(fā)熱量大于預(yù)期值，而散熱量小于預(yù)期值時(shí)，就發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象

2、。 2. 放電故障 放電故障是由于電應(yīng)力作用而造成絕緣裂化，按能量密度不同可以分成電弧放電、火花放電和局部放電等。 當(dāng)變壓器內(nèi)部進(jìn)水受潮時(shí)，油中的水分和含濕氣的雜質(zhì)容易形成“水橋”，導(dǎo)致局部放電而產(chǎn)生H2。水分在電場(chǎng)作用下的電解以及水和鐵的化學(xué)反應(yīng)均可產(chǎn)生大量的H2。所以受潮設(shè)備中，H2在氫烴總量中占比例更高。有時(shí)局部放電和絕緣受潮同時(shí)存在，并且特征氣體基本相同，所以單靠油中氣體分析難以區(qū)分，必要時(shí)根據(jù)外部檢查和其它試驗(yàn)結(jié)果（如局部放電測(cè)試結(jié)果和油中微量水分分析）加以綜合判斷。3. 絕緣受潮返回6.1.2 油中溶解氣體的在線監(jiān)測(cè) 變壓器油中溶解氣體在線檢測(cè)根據(jù)不同的原則可以分為不同的種類。以檢

3、測(cè)對(duì)象分類可歸結(jié)為以下幾類：測(cè)量可燃性氣體含量（TCG），包括H2、CO和各類氣體烴類含量的總和測(cè)量單種氣體濃度測(cè)量多種氣體組分的濃度 油中溶解氣體在線檢測(cè)裝置主要由脫氣、混合氣體分離及氣體檢測(cè)三大部分組成。 脫氣 脫氣法主要有油中吹氣法、抽真空取氣法、分離膜滲透法，表6-1給出了簡(jiǎn)單的優(yōu)缺點(diǎn)比較結(jié)果。其中平板分離膜、毛細(xì)管柱、血液透析裝置、中空纖維裝置都屬于高分子分離膜的應(yīng)用，其它都屬于抽真空脫氣法。油氣分離方法平衡時(shí)間分離效果價(jià) 格結(jié) 構(gòu)抗污染性高分子平板透氣膜長(zhǎng)較好低簡(jiǎn)單一般波紋管短差較高復(fù)雜不存在真空泵短一般高復(fù)雜不存在毛細(xì)管柱短好較高簡(jiǎn)單差血液透析裝置短好高復(fù)雜差中空纖維裝置短好高復(fù)

4、雜差表6 1 油氣分離方法比較 目前典型的吹氣方法有三種：載氣洗脫法、空氣循環(huán)法和比色池法，其基本原理是采用吹氣方式將溶解于油中的氣體替換出來(lái)，使油面上某種氣體的濃度與油中氣體的濃度逐漸達(dá)到平衡。波紋管法是利用小型電機(jī)帶動(dòng)波紋管反復(fù)壓縮，多次抽真空，將油中溶解氣體抽出來(lái)，廢油仍回到變壓器中。真空泵脫氣法是利用常規(guī)色譜分析中的抽真空脫氣原理，用真空泵抽空氣來(lái)抽取油中溶解氣體，廢油仍回到變壓器油箱。抽真空法主要包括波紋管法和真空泵脫氣法。 分離膜滲透法是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作方便，因此得到了廣泛應(yīng)用，目前采用的透氣膜主要有聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚丙烯、聚六氟乙烯、聚四氟乙烯混合膜、中空纖維膜以及無(wú)

5、機(jī)膜如鈀銀合金金屬膜等，其中高分子透氣膜應(yīng)用更為廣泛，例如日本三菱株式會(huì)社利用聚四氟亞乙基全氟烷基乙烯基醚（PFA）膜從油中有效脫出CH4、C2H6、C2H4、C2H2、H2和CO六種氣體。2. 混合氣體分離 混合氣體分離一般用氣相色譜柱完成。它常以玻璃管、不銹鋼管或銅管組成，管內(nèi)靜止不動(dòng)的一相（固體或液體）稱為固定相；自上而下運(yùn)動(dòng)的一相（一般是氣體或液體）稱為流動(dòng)相；裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）即為色譜柱。 。 當(dāng)流動(dòng)相中樣品混合物經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生作用。由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相相互作用的類型、強(qiáng)弱也有差異，因此在同一推動(dòng)力的作用下，不同組分在固定相滯留時(shí)

6、間長(zhǎng)短不同，從而按先后不同的次序從固定相中流出。分離過(guò)程見(jiàn)圖6-1。圖6 1 色譜柱分離氣體組分過(guò)程示意圖 可見(jiàn)，固定相對(duì)氣體組分的分離起著決定性的作用，不同性質(zhì)的固定相適應(yīng)不同的分離對(duì)象，應(yīng)根據(jù)分離對(duì)象來(lái)選擇固定相的材料。常用的固定相材料有活性炭、硅膠、分子篩、高聚物，主要性質(zhì)如表6-2所示。固定相粒度/目柱長(zhǎng)柱徑載氣分離的組分活性炭60801 m3 mmN2H2、O2、CO、CO25A分子篩30601 m3 mmArH2、O2、N2、CO、CO2硅膠涂固定液801002 m3 mmH2CH4、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2、C3H6HGD-201801001 m2 mmN2CH4、

7、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2、C3H6GDX50260804 m3 mmN2CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、C3H4表6 2 油中氣體分析用色譜柱的部分固定相材料3. 氣體檢測(cè) 檢測(cè)油中溶解氣體用的檢測(cè)器的基本要求是：有足夠的靈敏度；選擇性好，對(duì)被測(cè)氣體以外的共存氣體或物質(zhì)不反應(yīng)或反應(yīng)??；響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間短，恢復(fù)時(shí)間指?jìng)鞲衅鲝拿撾x被測(cè)氣體到恢復(fù)正常狀態(tài)所需要的時(shí)間；重復(fù)性好，性能穩(wěn)定，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，有較強(qiáng)的抗環(huán)境影響能力。 目前應(yīng)用于油中氣體檢測(cè)的氣體檢測(cè)器主要有熱導(dǎo)檢測(cè)器、半導(dǎo)體型傳感器、催化燃燒型傳感器、光敏氣體傳感器、燃燒電池型傳感器和其他形式

8、的傳感器。熱導(dǎo)檢測(cè)器是一種萬(wàn)能氣體檢測(cè)器，但應(yīng)用于在線檢測(cè)時(shí)對(duì)制造工藝的要求很高，因此目前應(yīng)用不是很廣泛。燃燒電池型傳感器目前主要應(yīng)用于單氫氣的檢測(cè)。接觸燃燒式氣敏傳感器不受可燃性氣體周圍氣體的影響，可用于高溫、高濕度環(huán)境下，同時(shí)具有對(duì)氣體選擇性好、線性度好、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但是如果長(zhǎng)期使用，其催化劑易劣化和“中毒”，從而使器件性能下降或失效。半導(dǎo)體傳感器靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜，但其穩(wěn)定性較差。返回6.1.3 油中氣體分析與故障診斷1. 是否存在故障的判斷（1）閥值判斷法 將油中溶解各氣體的濃度與正常極限注意值作比較，可以判斷變壓器有無(wú)故障。氣體組分含量330kV及以上220

9、kV及以下H2150150C2H215C1+C2150150表6 3 變壓器油中溶解氣體的注意值（220kV及以下）L/L（2）根據(jù)產(chǎn)氣速率判斷 判斷有無(wú)故障要將各組分的氣體濃度和產(chǎn)氣速率結(jié)合起來(lái)，短期內(nèi)各組分氣體含量迅速增加，但未超過(guò)規(guī)定的注意值也可判斷為故障。21iiaCCGt（61） 絕對(duì)產(chǎn)氣速率為每個(gè)運(yùn)行小時(shí)產(chǎn)生某種氣體的平均值，計(jì)算公式為： 相對(duì)產(chǎn)氣速率為每個(gè)月（或折算到兩個(gè)月）產(chǎn)生某種氣體的含量增加量的百分?jǐn)?shù)的平均值，計(jì)算公式為：211100%.iiriCCCt（62） 根據(jù)規(guī)程要求，變壓器的總烴絕對(duì)產(chǎn)氣速率，開(kāi)放式大于0.25mL/h，密封式大于0.25mL/h和相對(duì)產(chǎn)氣速率大于

10、10/月時(shí)可以認(rèn)定有故障存在。2. 故障性質(zhì)的判斷 不同性質(zhì)的故障所產(chǎn)生的油中溶解氣體的組分是不同的，據(jù)此可以判斷故障的類型。 （1）特征氣體法 我國(guó)現(xiàn)行的變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則(DL/T722-2000)，將不同故障類型產(chǎn)生的特征氣體歸納為表6-4。表6 4 不同故障類型產(chǎn)生的氣體組份故障類型主要?dú)怏w組份次要?dú)怏w組份油過(guò)熱CH4,C2H4H2，C2H6油和紙過(guò)熱CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油、紙絕緣中局部放電H2，CH4，C2H2，COC2H6，CO2油中火花放電C2H2，H2油中電弧H2，C2H2CH4，C2H4，C2H6油和紙中電弧H2，C2H2，CO2，COC

11、H4，C2H4，C2H6進(jìn)水受潮或油中氣泡H2 表6-4中總結(jié)的不同故障類型產(chǎn)生的油中特征氣體組分，只能粗略地判斷充油電力變壓器內(nèi)部的故障。因此國(guó)內(nèi)外通常以油中溶解的特征氣體的含量來(lái)診斷充油的故障性質(zhì)。 變壓器油中溶解的特征氣體可以反映故障點(diǎn)周圍的油和紙絕緣的分解本質(zhì)。氣體組分特征隨著故障類型、故障能量及涉及的絕緣材料不同而不同，即故障點(diǎn)產(chǎn)生烴類氣體的不飽和度與故障源能量密度之間有密切的關(guān)系。表6 5 判斷變壓器故障性質(zhì)的特征氣體法序號(hào)故障性質(zhì)特征氣體的特點(diǎn)1一般過(guò)熱性故障總烴較高，C2H25L/L，但C2H2未構(gòu)成主要成分，H2含量較高3局部放電總烴不高，H2100L/L，CH4占總烴的主要

12、成分4火花放電總烴不高，C2H210L/L，H2含量較高5電弧放電總烴高，C2H2高并構(gòu)成總烴中的主要成分，H2含量較高 CO和CO2與固體絕緣故障有關(guān)，無(wú)論哪一種放電形式，除了產(chǎn)生氫烴類氣體外，與過(guò)熱故障一樣，只要有固體絕緣介入，都會(huì)產(chǎn)生CO和CO2。因此可以把CO和CO2作為油紙絕緣體系中固體材料分解的特征氣體。表6 6 特征氣體中主要成分與變壓器異常情況的關(guān)系主要成分異常情況具體情況H2主導(dǎo)型局部放電、電弧放電繞組層間短路，繞組擊穿；分接開(kāi)關(guān)接觸點(diǎn)間局部放電，電弧放電短路CH4、C2H4主導(dǎo)型過(guò)熱、接觸不良分接開(kāi)關(guān)接觸不良，連接部位松動(dòng)，絕緣不良C2H2主導(dǎo)型電弧放電繞組短路，分接開(kāi)關(guān)切

13、換器閃絡(luò)（2）三比值法 過(guò)熱性故障產(chǎn)生的故障特征氣體主要是CH4和C2H4，而放電性故障主要的特征氣體是C2H2和H2，為此可以采用CH4/H2來(lái)區(qū)分是放電故障還是過(guò)熱故障。6-4 CH4/H2與故障類型關(guān)系表6 8 改良三比值法的編碼規(guī)則特征氣體的比值比值范圍編碼C2H2/C2H4CH4/H2C2H4/C2H60.10100.11100131213222 國(guó)際電工委員會(huì)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三個(gè)比值來(lái)判斷故障的性質(zhì)。 C2H2/C2H4編碼決定故障的類型:“0”代表過(guò)熱故障，“1”代表高能放電故障，“2”代表低能放電故障。（3）其他故障診斷法 除了特征故障氣體法和三比值法，還有立體圖示法、大衛(wèi)三角法、四比值法