气相色谱分析在变压器故障诊断中的应用

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1、2012年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文气相色谱分析在变压器故障诊断中的应用新疆疆南电力有限责任公司变电检修工区油务班万涛、周宝锋摘要：阐述了变压器油劣化的机理，通过工作中正确消除缺陷的实例，分析了气相色谱分析在变压器潜伏性故障综合诊断中的应用，同时也指出了气相色谱分析在故障诊断中的不足之处及注意事项，防止误判。关键词：变压器故障色谱分析特征气体三比值1.前言目前，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。由于含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性，所以绝缘油随着故障

2、点温度的升高依次裂解生成烷烃、烯烃和炔炔烃。每一种烃类气体最大产气率都有一个特定的温度范围，故绝缘油在各不相同的故障性质下产生不同成分、不同含量的烃类气体。因此，变压器油中溶解气体的色谱分析法，能尽早地发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障，从而提出相应的反事故措施。如能否继续运行，继续运行期的技术安全措施和监视手段，又或者是否需要内部检查修理等,是监督与保障设备安全运行的一个重要手段。变压器出现故障时，绝缘油裂解产生气体，只有当油中气体饱和后，才能从瓦斯继电器反映出来。用色谱分析法判断变压器内部故障，可以直接从绝缘油中分析各特征气体

3、浓度的大小来确定变压器内部是否有故障。由于气体的扩散，使绝缘油在故障变压器内不同部位特征气体浓度不同。应用气体扩散原理，在故障变压器的关键部位抽取油样，分析各个取样点的气体浓度，判断变压器内部故障部位。2.变压器内部故障的诊断气相色谱分析法就是根据故障情况下产气的累计性、产气速率和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。2.1变压器内部故障类型与油中气体含量的关系2.1.1热性故障热性故障是由于有效热应力所造成的绝缘加速劣化，具有中等水平的能量密度。如果热应力只引起热源处绝缘油分解时，所产生的特征气体主要是甲烷和

4、乙稀，二者之和一般占总烃的80%以上。而且随着故障点的温度升高，乙稀所占的比例将增加。氢气的含量与热源温度也有密切关系。一般来说，高、中温过热时，氢气占氢烃总量的比例小于25%，只有低温过热时，有一部分变压器油中氢与氢烃总量的比例高于27%，一般为30%左右。分析其原因可能是当温度升高时，烃类气体增长速度很快，尽管氢气的绝对含量亦有所增长，但其比例却相对降低了。通常热性故障是不产生乙炔的。一般低于500℃的过热时，C2H2的含量不会超过总烃的2%，而严重过热时，C2H2的最大含量也不超过总烃的6%。当过热涉及固体绝缘材料时，除产生上

5、述气体之外，还产生大量的一氧化碳和二氧化碳。2.1.2电性故障92012年新疆电力行业专业技术监督工作会议论文电性故障是在高电应力作用下所造成的绝缘劣化，由于能量密度的不同而分为高能量放电（即电弧放电）、低能量放电（即火花放电）和局部放电等不同的故障类型。高能量放电将导致绝缘电弧击穿。火花放电是一种间隙性的放电。局部放电的能量密度最低，并常常发生在气隙和悬浮带电体的空间内。（1）电弧放电以绕组匝、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弧等故障。这种故障产气急剧，产气量大，尤其是匝、层间绝缘故障，因无前驱现象，一般难

6、以预测，最终以突发性事故暴露出来。其故障特征气体主要是乙炔和氢气，其次是较多的乙稀和甲烷。因为这种故障发展速度很快，往往气体来不及溶于油中就释放到气体继电器内；所以，实际测定到的油中气体含量往往与故障点位置、油流速度和故障持续时间有很大关系。乙炔一般占烃总量的20%~70%，氢占氢烃总量的30%~90%。并且在绝大多数情况下，乙稀含量高于甲烷。（2）火花放电常见于如下情况：①引线或套管储油柜对点位未固定的套管到点管放电；②引线局部接触不良或铁芯接地片接触不良而引起的放电；③分接开关操作杆电位悬浮而引起的放电等。其特征气体也是以乙炔和

7、氢气为主，但因故障能量较小，一般烃总量不太高。油中溶解的乙炔在烃总量中所占的比例可达25%~90%，乙稀含量约占烃总量的20%以下，氢气亦占氢烃总量的30%以上。（3）局部放电产生气体的特征，主要依放电能量密度不同而不同，一般烃总量不高。其主要成分是氢气，其次是甲烷。通常氢气占氢烃总量的90%以上，甲烷与烃总量之比大于90%。当放电能量密度增高时也可能出现乙炔，但乙炔在烃总量中所占的比例一般不超过2%。这是与上述两种放电现象区别的主要标志。无论是哪一种放电现象，只要有固体绝缘介入时，就都会产生一氧化碳和二氧化碳气体。2.1.3受潮当

8、变压器内部进水受潮时，油中水分和含湿杂质易形成“小桥”或者绝缘中含有气隙均能引起局部放电而产生氢气，还因为水分在电场作用下的电解作用和水与铁的化学反应，也可能产生大量的氢气。水与铁反应将按下式产生氢气：3H2O+2Fe→Fe2O3+3