论文部分内容阅读
摘要：变压器油中溶解气体色谱分析是判断变压器内部故障的重要手段。通过试验的方法对变压器油中溶解各种气体含量分析，可以掌握变压器的运行状况，结合变压器的其他电气试验的数据，能够准确地判断变压器内部存在的故障类型和故障部位；进一步根据油中气体含量和不同的产气速率，能够判断出是过热故障还是放电性故障，进一步确定出其故障位置、严重程度及危害性，提出并制定相应处理措施。
关键词:变压器 ；绝缘油； 气体 ；故障
Abstract: The transformer oil dissolved gas chromatographic analysis is to determine the important means of transformer internal fault. Methods for passing the test gases dissolved in transformer oil content analysis, we can grasp the condition of transformers, combined transformers and other electrical test data, it is possible to accurately determine the presence of internal transformer fault type and fault location; further under oil gas content and different gas production rate, able to determine fault or discharge is overheating fault, and further determine its fault location, severity and criticality, propose and develop appropriate treatment measures.
Keywords: transformer; insulating oil; gas; failure
中图分类号：TU994 文献标识码：A文章编号：
一 、前言
变压器用来起绝缘和散热作用的绝缘油，主要成分：烷烃、环烷烃、芳香烃等成分组成的烃类混合物。当设备处于正常运行状态时，油中分解出的气体量极少；随着运行时间的增加，固体绝缘呈现老化趋势，油中分解出的CO和CO2逐渐增多。当变压器内出现局部放电或过热时，其热能对某个局部油中分解出不同类型的气体,这些气体在变压器内部流动、扩散，溶解在油中；如果油中气体含量达到饱和状态时而继续产气时，其气体进入气体继电器中。
二、特征气体法诊断故障
正常情况下，变压器内部的绝缘材料在电能和热能的作用下，绝缘油受热分解，缓慢产生少量氢和低分子烃类，以及CO和CO2气体。当变压器内部存在局部过热或局部放电性故障时，受其热能的作用，分解的加速，故障类别的不同，分解出气体类别不同；而对于同一类型的故障，由于故障的严重程度不同，所产生的气体数量也不同。所以，根据变压器油中气体的组分和含量，可以判断故障的性质及严重程度。
特征气体法是基于哈斯特(Halstead)的试验发现：任何一种特征的烃类气体产气速率随温度变化，在特定温度下，某一种气体的产气速率会呈现最大值，随着温度的升高，产气速率最大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2，就证明故障的温度与溶解气体含量之间存在着对应关系。通过分析油中溶解气体组分的含量，即能判断出变压器内部可能存在的潜伏性故障和故障种类。
当前应用比较广泛的是：油中特征气体组分含量为特征量的故障诊断法和油中气体的总烃及CO、CO2为特征量的故障诊断法。
1. 油中特征气体组分含量为特征量的故障诊断法
目前，国内外通常以油中溶解的特征气体组分含量分析数据与注意值之比，来诊断变压器故障的性质，特征气体主要包括总烃、C2H2、H2、CO、CO2等，根据变压器油的气相色谱测定结果和产气的特征现象及气体的注意值，对充油式设备有无故障能得出初步判断。
从测试数据中可以看出，变压器内部发生故障时产生的总烃值中，各种气体的比例在不断变化，随着故障点温度的升高，CH4所占的比例逐渐减少，而C2H2和C2H6的比例逐渐增加，当达到电弧温度时C2H2成为主要成分。
2.根据产气速率的数据判断故障
根据充油设备运行实践经验，故障发展是一个渐进的过程,仅从油中溶解的气体含量试验数据，还不能确定出故障的类型和严重程度。但产气速率即增长率也是判断故障的标准项，需要计算绝对产气速率和相对产气速率，来增加判断的依据。3.以油中CO、CO2为特征量判断故障
当变压器发生低温过热故障时，因温度不高，其油中溶解的气体含量不高，而固体绝缘材料受热分解，导致CO和CO2产气量增长较大，此时可用CO和CO2产气速率和绝对值来诊断变压器绝缘老化、低温过热故障。
密封型的电气设备，空气中的各种气体，包括CO2也能渗入到设备的油中，而油中CO2的浓度就会增大，基于空气渗入的原因，IEC导则和DL/T722-2000中规定，以油中CO2和CO比值，来诊断变压器固体绝缘老化引起的故障。其导则还不能规定统一的注意值，只是粗略的认为，开放式的变压器中，CO＜300µl/L，CO2/CO＝7时，属于正常范围；密封变压器中的CO2/CO＜7时，也属于正常范围。
三、实例分析
某110kV变电站＃2主变型号为SFSZ9-40000/110。2007年12月投运以来，色谱、微水及电气试验正常。但2011年9月7日的定期试验发现，油中总烃含量异常升高，达170μL/L。在隨后3次跟踪试验显示，总烃含量明显升高。
从数据分析可以看出，气体以CH4、C2H4为主，无C2H2，H2含量较低，CO与CO2跟2000年12月相比无明显增长，但总烃含量超过注意值，怀疑变压器发生了油过热故障。为作进一步判断，计算总烃绝对产气速率为182ml/d，总烃的绝对产气速率超过标准值12(ml/d)15倍。计算特征气体三比值：
C2H2/C2H4=0/194=0<0.1比值取0
CH4/H2=88/74=1.2≥1 比值取2
C2H4/C2H6=194/20=9.7≥3比值取2
其三比值编码为为：022，标准判据为“变压器存在高温过热故障”。
四、结束语
油中溶解气体分析的目的是用来检测变压器内部是否存在潜伏性故障，了解故障发生的原因、类型和严重程度，并预测设备的未来状态。但造成油中溶解气体增长的原因多种多样，如有时油中故障特征气体的产生与运行和检修有关。因此，当根据油中气体分析认为可能存在内部故障时，还应结合设备运行情况、电气试验结果以及外观性检查等进行综合判断。这样，不仅有助于确定故障类型和对故障部位做出估计，更有利于及早把故障安排消除。
【参考文献】
[1]操敦奎主编《变压器油中气体分析诊断与故障检查》[M].中国电力出版社,2005.
[2]许青山主编《电力系统故障诊断及故障恢复》[M].中国电力出版社,2001.
关键词:变压器 ；绝缘油； 气体 ；故障
Abstract: The transformer oil dissolved gas chromatographic analysis is to determine the important means of transformer internal fault. Methods for passing the test gases dissolved in transformer oil content analysis, we can grasp the condition of transformers, combined transformers and other electrical test data, it is possible to accurately determine the presence of internal transformer fault type and fault location; further under oil gas content and different gas production rate, able to determine fault or discharge is overheating fault, and further determine its fault location, severity and criticality, propose and develop appropriate treatment measures.
Keywords: transformer; insulating oil; gas; failure
中图分类号：TU994 文献标识码：A文章编号：
一 、前言
变压器用来起绝缘和散热作用的绝缘油，主要成分：烷烃、环烷烃、芳香烃等成分组成的烃类混合物。当设备处于正常运行状态时，油中分解出的气体量极少；随着运行时间的增加，固体绝缘呈现老化趋势，油中分解出的CO和CO2逐渐增多。当变压器内出现局部放电或过热时，其热能对某个局部油中分解出不同类型的气体,这些气体在变压器内部流动、扩散，溶解在油中；如果油中气体含量达到饱和状态时而继续产气时，其气体进入气体继电器中。
二、特征气体法诊断故障
正常情况下，变压器内部的绝缘材料在电能和热能的作用下，绝缘油受热分解，缓慢产生少量氢和低分子烃类，以及CO和CO2气体。当变压器内部存在局部过热或局部放电性故障时，受其热能的作用，分解的加速，故障类别的不同，分解出气体类别不同；而对于同一类型的故障，由于故障的严重程度不同，所产生的气体数量也不同。所以，根据变压器油中气体的组分和含量，可以判断故障的性质及严重程度。
特征气体法是基于哈斯特(Halstead)的试验发现：任何一种特征的烃类气体产气速率随温度变化，在特定温度下，某一种气体的产气速率会呈现最大值，随着温度的升高，产气速率最大的气体依次为CH4、C2H6、C2H4、C2H2，就证明故障的温度与溶解气体含量之间存在着对应关系。通过分析油中溶解气体组分的含量，即能判断出变压器内部可能存在的潜伏性故障和故障种类。
当前应用比较广泛的是：油中特征气体组分含量为特征量的故障诊断法和油中气体的总烃及CO、CO2为特征量的故障诊断法。
1. 油中特征气体组分含量为特征量的故障诊断法
目前，国内外通常以油中溶解的特征气体组分含量分析数据与注意值之比，来诊断变压器故障的性质，特征气体主要包括总烃、C2H2、H2、CO、CO2等，根据变压器油的气相色谱测定结果和产气的特征现象及气体的注意值，对充油式设备有无故障能得出初步判断。
从测试数据中可以看出，变压器内部发生故障时产生的总烃值中，各种气体的比例在不断变化，随着故障点温度的升高，CH4所占的比例逐渐减少，而C2H2和C2H6的比例逐渐增加，当达到电弧温度时C2H2成为主要成分。
2.根据产气速率的数据判断故障
根据充油设备运行实践经验，故障发展是一个渐进的过程,仅从油中溶解的气体含量试验数据，还不能确定出故障的类型和严重程度。但产气速率即增长率也是判断故障的标准项，需要计算绝对产气速率和相对产气速率，来增加判断的依据。3.以油中CO、CO2为特征量判断故障
当变压器发生低温过热故障时，因温度不高，其油中溶解的气体含量不高，而固体绝缘材料受热分解，导致CO和CO2产气量增长较大，此时可用CO和CO2产气速率和绝对值来诊断变压器绝缘老化、低温过热故障。
密封型的电气设备，空气中的各种气体，包括CO2也能渗入到设备的油中，而油中CO2的浓度就会增大，基于空气渗入的原因，IEC导则和DL/T722-2000中规定，以油中CO2和CO比值，来诊断变压器固体绝缘老化引起的故障。其导则还不能规定统一的注意值，只是粗略的认为，开放式的变压器中，CO＜300µl/L，CO2/CO＝7时，属于正常范围；密封变压器中的CO2/CO＜7时，也属于正常范围。
三、实例分析
某110kV变电站＃2主变型号为SFSZ9-40000/110。2007年12月投运以来，色谱、微水及电气试验正常。但2011年9月7日的定期试验发现，油中总烃含量异常升高，达170μL/L。在隨后3次跟踪试验显示，总烃含量明显升高。
从数据分析可以看出，气体以CH4、C2H4为主，无C2H2，H2含量较低，CO与CO2跟2000年12月相比无明显增长，但总烃含量超过注意值，怀疑变压器发生了油过热故障。为作进一步判断，计算总烃绝对产气速率为182ml/d，总烃的绝对产气速率超过标准值12(ml/d)15倍。计算特征气体三比值：
C2H2/C2H4=0/194=0<0.1比值取0
CH4/H2=88/74=1.2≥1 比值取2
C2H4/C2H6=194/20=9.7≥3比值取2
其三比值编码为为：022，标准判据为“变压器存在高温过热故障”。
四、结束语
油中溶解气体分析的目的是用来检测变压器内部是否存在潜伏性故障，了解故障发生的原因、类型和严重程度，并预测设备的未来状态。但造成油中溶解气体增长的原因多种多样，如有时油中故障特征气体的产生与运行和检修有关。因此，当根据油中气体分析认为可能存在内部故障时，还应结合设备运行情况、电气试验结果以及外观性检查等进行综合判断。这样，不仅有助于确定故障类型和对故障部位做出估计，更有利于及早把故障安排消除。
【参考文献】
[1]操敦奎主编《变压器油中气体分析诊断与故障检查》[M].中国电力出版社,2005.
[2]许青山主编《电力系统故障诊断及故障恢复》[M].中国电力出版社,2001.